高频rTMS、脑仿生电及其序贯治疗脑外伤持续植物状态患者的临床观察

章良翔，倪莹莹，邓丽霞，吕晓，赵春梅，马梦良，邱承尧，黎肖弟，黄丛萍

随着重症医学的发展，严重颅脑外伤患者的存活率得到提高，其中一部分幸存的患者从重度昏迷转归到植物状态。目前对脑外伤持续植物状态(Persistent Vegetative State，PVS)的促醒手段虽多，但治疗难度较大，仍没有标准的治疗方法。非侵入性脑刺激是临床应用中相对可接受的治疗方法[1]，如重复经颅磁刺激(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation，rTMS)、脑电仿生电刺激(又称为小脑顶核电刺激)、正中神经电刺激和经颅直流电刺激等。我们前期的研究已证明脑仿生电刺激可提高PVS患者促醒率[2-3]，本研究拟观察rTMS与脑电仿生电刺激治疗脑外伤PVS患者的临床疗效，比较序贯式二者联合治疗效果是否优于单一刺激治疗，并探讨两者联合应用的作用机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2017年7月～2019年12月在广东三九脑科医院植物状态促醒中心住院患者73例。纳入标准：符合PVS诊断标准[4]；病因为脑外伤，颅内出血已完全吸收；并发症控制良好；年龄18～60岁。排除标准：右侧额部颅骨缺损；癫痫发作史；颅内有金属植入物；心脏纤颤史或体内植入式电子装置；一般情况极差，合并严重的心、肝、肺、肾、恶性肿瘤等疾病；头部皮肤破损或感染。所有患者家属对本次研究知情，并签署知情同意书；本研究经我院伦理委员会审核批准。将患者随机分为3组：rTMS组24例、脑仿生电组23例、联合治疗组26例。3组一般资料比较差异无统计学意义，见表1。

表1 3组病例一般资料比较

1.2 方法 除常规治疗外，rTMS组给予高频rTMS治疗，脑仿生电组予脑仿生电治疗，联合组先高频rTMS治疗后立即给脑仿生电刺激治疗。

1.2.1 常规治疗 我院植物状态促醒中心协定的PVS综合促醒方案：包括基础管理、药物(营养支持、维持电解质平衡、改善循环、营养神经等)、高压氧、个性化情景综合促醒、常规康复治疗(针灸、运动疗法等)等。

1.2.2 高频重复经颅磁刺激(rTMS)治疗 采用经颅刺激治疗仪(MagPro-25型，Tonica公司)测定运动阈值(Motor Threshold, MT)：治疗前患者取平躺舒适卧位，表面电极置于酒精擦拭后的对侧拇短展肌上(两电极间距>2cm)，“8”字形线圈刺激头皮拇指相对应的M1区(大脑皮质运动区)，适当调整刺激部位、刺激强度至出现清晰的运动诱发电位波形，在连续10次刺激中，至少出现5次波幅>50μV时的刺激强度，即MT。若患者未测出相应运动电位，则采用45%最大输出强度作为治疗刺激强度。治疗参数：相同治疗仪，定位为右背外侧前额叶皮层(Dorsolateral Prefrontal Cortex,DLPFC)，80% MT，刺激频率20Hz，刺激时间2.5s，间隔25s，刺激数为50脉冲/串×30串，脉冲总数1500。23min/次，1次/d，5d/周，连续治疗6周。

1.2.3 脑电仿生电刺激治疗 采用脑电仿生电刺激仪(YS5002型)，患者取舒适卧位，局部皮肤予乙醇棉球清洁后，将2个电极片紧贴于患者双侧耳背乳突处，治疗模式选择“颅脑损伤疾病”；在患者能承受的前提(无疼痛不适的表现、心率增加上限为20次/min)下调节主强、主频、辅强、辅频，每连续刺激90min。1次/d，5d/周，连续治疗6周。

1.3 评定标准 治疗前后给予以下评定。①由2名医师应用昏迷恢复量表修订版(coma recovery scale-revised，CRS-R)评定患者意识状态(取平均值)[5]，CRS-R量表由6个子量表组成：听觉(0～4分)、视觉(0～5分)、运动(0～5分)、言语(0～3分)、交流(0～2分)、唤醒度(0～3分)，得分为0～23分，共23分，得分越高则表示意识越好。行脑电图(Electroencephalogram,EEG)、脑干听觉诱发(Brainstem Auditory Evoked Potential,BAEP)、体感诱发电位(Somatosensory Evoked Potential,SEP)检查记录其变化(BAEP、SEP潜伏期取双侧均值)。②EEG检测：脑电图仪(EEG-1200C型，日本光电)，按国际10-20系统电极放置法放置头皮电极，作单极、双极导联常规描记，患者不能配合作过度换气试验。EEG根据Young分级标准[6]分级：Ⅰ级为δ～θ多于记录的50%(没有θ昏迷)；Ⅱ级为三相波；Ⅲ级为爆发-抑制；Ⅳ级为α昏迷、θ昏迷或纺锤昏迷(无反应)；Ⅴ级为癫痫样活动(不在爆发-抑制图形内)；Ⅵ级为抑制。③BAEP检测：肌电诱发电位仪(MEB-9402C型，日本光电)，双耳予刺激强度为听阈以上100dB的短声刺激，叠加2000次，分析时长10ms，每耳重复>2次。根据Greenberg标准分级[7]：Ⅰ级为基本正常；Ⅱ级为I～V波清晰可辨，但潜伏期延长、波幅下降；Ⅲ级为I波潜伏期和波幅正常，余各波部分存在或呈分化不清的正相波；Ⅳ级为波形难以分辨或仅见I波存在。④SEP检测：肌电诱发电位仪同上，记录电极采用国际标准10-20系统导联法安放于C'3点、C'4点；参考电极为Fz点；刺激电极置于腕内侧横纹上2～3cm处，以20mA强度方波脉冲同时刺激双侧正中神经、胫神经；带通滤波频率设为20～1000Hz，平均叠加200次。根据Greenberg标准分级[7]：Ⅰ级为基本正常；Ⅱ级为N20分化尚可，潜伏期延长，波幅降低；Ⅲ级为N20分化不佳，但可辨认；Ⅳ级为各波均消失或N20消失。

2 结果

2.1 3组治疗前后CRS-R评分比较 治疗后，3组CRS-R评分均较组内治疗前明显提高(均P<0.05)，联合组CRS-R评分高于脑仿生电组、rTMS组(P<0.05)，脑仿生电组和rTMS组组间差异无统计学意义。见表2。

表23组CRS-R评分比较 分，

2.2 3组治疗前后EEG、BEAP、SEP分级的比较 治疗前，3组患者EEG、BEAP、SEP分级组间差异无统计学意义；治疗4周后，3组患者组内比较示EEG、BEAP、SEP分级整体均较治疗前明显改善(均P<0.05)；脑仿生电组和rTMS组组间差异无统计学意义，但联合组较脑仿生电组、rTMS组明显改善(P<0.05)。见表3～5。

表3 3组患者治疗前后EEG分级比较 例

表4 3组患者治疗前后BAEP分级比较 例

表5 3组患者治疗前后SEP分级比较 例

2.3 3组治疗前后BEAP及SEP各波潜伏期的比较 治疗前，3组患者BEAP、SEP潜伏期差异无统计学意义；治疗4周后，3组患者BEAP、SEP潜伏期较治疗前均有显著降低(均P<0.05)，联合组BEAP、SEP潜伏期均低于脑仿生电组、rTMS组(均P<0.05)，脑仿生电组与rTMS组之间差异无统计学意义。见表6～7。

表6 3组患者治疗前后BAEP潜伏期比较

表7 3组患者治疗前后SEP潜伏期比较

3 讨论

近年发现，给予一定条件的干预可诱导受损脑细胞的神经元轴突发芽、再生，激活处于休眠状态的神经元，再建神经元间的联系，重塑信息的传导通路[8]。脑外伤PVS的皮层广泛严重损害，使高级神经功能受损,而脑干结构相对完好，这为意识的觉醒提供了一定的解剖基础。rTMS、脑仿生物电刺激是神经重症康复专家推荐意识障碍患者应用的康复技术[9]，临床上也证实两者对PVS患者有促醒作用。两者作用的靶点、通路不同，本研究发现对脑外伤PVS的促醒效果，两者的单一治疗均有效，且联合治疗效果优于单一治疗。

意识障碍患者EEG常以弥漫性θ及δ活动表现为主，可通过分析EEG主要的背景活动初步判断辨别植物状态、最小意识状态等意识状态[10]。BAEP可反映脑干功能的损伤程度[11]，其中双侧V波可反映上行激活系统的功能状态[12]。SEP的主波N20可反映大脑皮层、感觉传导通路的功能状况[13]。本研究中，rTMS组、脑仿生电组CRS-R评分、EEG、SEP、BAEP治疗后较治疗前有显著性改善，说明高频rTMS、脑仿生电刺激单一刺激对改善脑外伤PVS患者意识状态及脑电生理，我们前期的课题研究也得出脑仿生电可改善PVS患者意识状态、脑电生理的结论[2-3]。有研究表明，应用高频rTMS治疗意识障碍患者可增加脑电图中θ、α、δ波[14]，并改善BEAP中V波潜伏期、I～V波间潜伏期[15]。rTMS组、脑仿生电组经治疗后EEG背景活动、BAEP的V波、SEP的N20波的改善分别说明高频rTMS或脑仿生电均可使脑外伤PVS患者处于高度抑制状态的大脑皮层、脑干上行激活系统、皮层下传导通路在一定程度上得到改善。

大脑皮质及皮质下网络结构是维持意识水平的解剖基础，脑默认网络系统(Default Mode Network，DMN)、丘脑神经网络、网状上行激动系统等是维持觉醒的关键结构。大脑皮质及皮质下网络结构的损伤引起意识内容的丧失和/或网状上行系统的损伤使大脑皮质不能与外界进行信息交流[16]。本研究中TMS刺激点为DLPFC，Louise等[14]认为刺激右DLPF可将磁刺激更直接地传递到注意网络、传递到脑干。rTMS不仅可直接激活受刺激皮层的神经元，且可改善相应的脑功能网络，提高远隔脑区功能[17]。欧洲《重复经颅磁刺激(rTMS)治疗用途的循证指南：更新(2014-2018年)》中提及部分研究通过rTMS刺激意识障碍患者右DLPFC后意识改善[18]。

在本研究中，我们观察到高频rTMS、脑仿生电刺激的序贯治疗对意识、脑电生理的改善明显优于单一刺激治疗，考虑两者具有一定的协同作用，我们推测其理论基础可能如下：①在“意识内容”、“觉醒”两个方面的协同作用。植物状态患者DMN和丘脑的功能连接有显著下降[19]，楔前叶/后扣带回功能连接也显著降低[20]。TMS可激活许多不同皮质间的连接[21]，改善DMN连接以达到促醒的目的[22]。Lou等[23]应用TMS治疗意识障碍患可激发者前扣带/内侧前额叶、后扣带/内侧顶叶皮层至丘脑之间的连接，而这部分有反应的大脑皮层属于DMN。脑仿生电刺激可通过小脑顶核(FN)刺激固有神经通路(FN-丘脑-纹状体系-大脑皮质或FN-脑干网状结构-网状体系-大脑皮质[24])，小脑顶核受刺激后，通过脑干网状结构、纹状体影响大脑皮质血管的舒张中枢，引起局部脑血管扩张。DMN与丘脑存在功能性连接[25]，DMN受磁刺激后与丘脑间的功能连接增强(“意识内容”)；脑仿生电通过刺激神经通路而影响脑干上行性网状激活系统(“觉醒”)。前者重建信息传导通路，后者激活觉醒意识通路，二者联合应用可能具有一定的“互补”作用。②两者联合形成更全面的通路。高频rTMS作用于皮质，右DLPFC与网状结构的联系紧密，刺激右DLPFC可将磁刺激传递到脑干[14]；脑仿生电作用于小脑顶核，经脑干网状结构、丘脑到达大脑皮质。两者的作用通路均通过丘脑、脑干，前者由上而下，后者由下至上，在结构上可能形成一个更全面的网络环路。③两者时序治疗，疗效叠加。rTMS可通过直接调节意识障碍患者的脑电反应活动模式,存在一定的后续效应(20Hz rTMS治疗意识障碍患者，6h内EEG功率谱有显著变化，皮质激活持续长达6h[26-27])，在此时效内即刻行脑仿生电治疗，增加脑血流，改善脑代谢，调节上行网状激活系统神经兴奋性，强化rTMS效果，进一步提高疗效。

本研究证明，单纯给予高频rTMS或脑电仿生电刺激治疗脑外伤PVS患者均可以产生明显的临床效果，且二者序贯治疗的效果优于单一刺激治疗，此临床效果也得到了EEG、SEP及BAEP的验证，提示本研究采取的这种高频rTMS和脑电仿生电刺激序贯治疗组合可以在临床推广应用。同时，本研究尚存不足之处：一是观察样本的例数比较小，同时，因时间限制未能进行远期跟踪随访；二是考虑到PVS患者本身就属于意识障碍，不存在心理安慰作用，因此，在分组设计上，只保证3组常规治疗相同，并没有分别在TMS组和脑电仿生电刺激组给予安慰(假)刺激。