重复经颅磁刺激对急性缺血性脑卒中的治疗价值

张珂 吴明华

最近一项欧洲指南提及重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)对急性脑卒中的治疗作用，其中达到A级证据(明确疗效)的有：用于脑卒中急性期手部运动恢复的对侧M1的低频(LF)-rTMS；达到B级证据(可能有效)的有：同侧M1的高频(HF)-rTMS用于促进脑卒中后急性阶段的运动恢复[1]。近5年来的动物实验和临床试验表明，rTMS治疗，包括LF-rTMS、HF-rTMS以及Theta-burst-rTMS(TBS)，在对缺血性脑卒中病人患肢运动功能、认知功能、吞咽功能以及抑郁状态等方面具有明显的改善作用[2-7]。另一方面，目前静脉溶栓和血管内取栓作为治疗急性缺血性脑卒中的有效手段尚未普及，且静脉溶栓的时间窗短，可视化脑动脉闭塞再通率约为30%，溶栓后出血转化率增加；血管内取栓要求导管可达的大血管闭塞导致的缺血性脑卒中发作后6 h时内接受治疗，或者伴有小的缺血核心和大的半暗带，并且在发作后24 h内接受治疗，但往往90%的病人不符合纳入标准；此外，血管内取栓要求具有血管内成像、神经介入设备和神经血管内治疗专业知识，符合条件的医院很少[8]。因此，rTMS作为一种无创治疗方式，通过技术改进，有望成为治疗急性缺血性脑卒中的一种新型手段。

1 急性缺血性脑卒中后的病理变化

急性缺血性脑卒中发生后，脑缺血区和更远区域会出现可塑性现象和皮质重组。在急性期，缺血损伤的运动皮层兴奋性降低，受累肌肉的局部表征暂停；而对侧运动皮层的兴奋性增加，躯体运动表征增大，对侧皮层通过胼胝体对缺血皮层产生抑制。由于两半球间抑制的不平衡，导致神经功能缺损恶化[9]。研究显示，急性缺血性脑卒中病人的运动功能障碍可能与健侧 M1 区功能障碍及大脑半球相互作用异常有关[10]。而且，在急性缺血性脑卒中发作后，健侧半球会起到代偿作用，通过对14例卒中病人双侧半球行TMS，发现2例患侧半球触发了动作电位，7例病人健侧半球全部触发动作电位；说明未受阻的对侧皮质脊髓束在卒中后起到了代偿运动系统的作用[11]。

2 rTMS的作用机制

2.1 rTMS的宏观作用机制 病人接受经颅磁刺激后，大脑组织中发生的变化源于大脑的可塑性[12]。研究发现，rTMS促进神经调节的目的在于增强卒中后重组的适应性与抑制重组后的不良过程，促进神经可塑性变化，增强受损区域或邻近健侧区域的功能恢复[13]。通过给予缺血性脑卒中病人对侧初级运动皮层LF-rTMS(1 Hz)治疗 14 d 后，LF-rTMS组临床功能评分[美国国立卫生研究院卒中量表、Barthel 指数、Fugl-Meyer 评定(FMA)]明显改善，LF-rTMS增强了大脑皮层的兴奋性和突触可塑性，改善了脑梗死后的运动功能[14]。另有研究表明，对卒中病人进行健侧半球LF-rTMS(UH-LF-rTMS) 可减少健侧对患侧半球的抑制，提高患肢的灵活性和力量。该研究的18 例病人在康复治疗前随机接受为期2周的真实或假性 UH-LF-rTMS治疗，治疗后与假手术组相比，rTMS组的皮质内促进(intracortical facilitation,ICF)显著增加， ICF 是一种衡量皮质内突触兴奋性的指标，研究认为治疗组 ICF 增加可能与 UH-LF-rTMS诱导的未受累半球运动皮层(M1UH)重组相关[15]。

脑卒中后恢复的关键在于降低健侧大脑半球的兴奋性，提高患侧大脑半球的兴奋性，以达到大脑半球间的平衡[16]。一般来说，HF-rTMS定义为 5 Hz 以上，能够增加皮质兴奋性；相反，LF-rTMS以≤ 1 Hz 的频率传输，可以降低皮质兴奋性[17]。在对69 例首次缺血性卒中伴有运动缺损的病人进行随机对照试验发现，与对照组相比，rTMS组表现出更大的运动改善，在治疗结束后至少持续 3 个月。与健侧3 Hz rTMS相比，1 Hz rTMS在健侧大脑半球产生了更显著的改善上肢运动功能的作用。因此，患侧大脑半球运动功能改善与运动皮质兴奋性改变有显著相关性[5]。

通过研究TMS对急性缺血性脑卒中病人认知功能、运动功能、日常生活活动能力及脑血流动力学的影响发现，TMS治疗后病人认知功能明显改善，运动功能恢复，日常生活活动能力提高，脑血流动力学恢复正常[6]。

2.2 rTMS的分子作用机制 rTMS发挥作用的分子机制尚在研究中，目前主要通过动物模型来进行。

在使用不同的rTMS方案治疗大鼠大脑中动脉闭塞(MCAO) 急性缺血性脑卒中再灌注模型时，发现44个基因的表达显著上调，10 个下调。2周的间歇性θ爆发刺激(iTBS)诱导52个基因的表达显著增加，没有下调的基因。1 Hz 和 5 Hz rTMS对基因表达无明显影响，而连续性θ短阵快速脉冲刺激(cTBS)影响可忽略不计。上调的基因包括参与血管生成、炎症、损伤反应和细胞修复、结构重塑、神经保护、神经传递和神经元可塑性的基因。研究提出在脑卒中中应用rTMS的好处之一可能是使大脑做好准备，增强其应对损伤和重新连接的潜力[18]。

对大鼠光性血栓性(PT)卒中模型进行TBS可显著减轻大鼠的行为缺陷和梗死体积，而且能显著减少梗死周围皮层区域的突触丢失和神经元变性，这些变化与微小/星形胶质细胞增生、促炎细胞因子过度产生以及氧化应激和氧化性神经元损伤有关，尤其是在PT卒中的晚期。rTMS可以有效地诱导小胶质细胞M1/M2表型激活的转变和星形胶质细胞表型中A1到A2的转换，增加梗死区抗炎细胞因子和线粒体含锰超氧化物歧化酶(MnSOD)的释放，有效地保护了线粒体膜的完整性，并抑制了梗死周围皮质内固有的线粒体caspase-9/3凋亡通路。值得一提的是，rTMS治疗在缺血性卒中后至少3 h应用时具有强大的神经保护作用。这些发现为rTMS治疗脑卒中后缺血性神经元损伤和功能缺损提供了有力的支持[19]。

通过研究rTMS对雄性Balb/c小鼠模型局灶性脑缺血30 min和90 min后的影响，特别是对急性脑缺血后3 d开始应用rTMS，28 d 后的自发运动活动、病灶周围组织重塑、皮质球束轴突萌发、胶质瘢痕形成和细胞增殖的影响，发现在接受HF-rTMS的动物中， DNA片段化减少，梗死体积减少，脑血流量改善，这与Bcl-xl活性增加，Bax、caspase-1和caspase-3活性降低有关。此外，还可以观察到血管生成、生长因子增加，炎症和轴突萌发相关基因表达减少[20]。

在大鼠脑缺血模型中发现，HF-rTMS可以显著改善神经功能，减少梗死体积。20 Hz rTMS和iTBS显著促进神经发生，主要表现为梗死周围纹状体中 Ki67/DCX、Ki67/Nestin和 Ki67/NeuN阳性细胞的增加，并且伴随着脑源性神经营养因子(BDNF)和磷酸化原肌球蛋白相关激酶B(TrkB)蛋白水平的升高。这表明HF-rTMS改善神经功能可能是通过增强神经发生和激活 BDNF/TrkB信号通路来实现的。此外，研究还发现传统的20 Hz rTMS在增强缺血大鼠神经发生方面优于iTBS[21]。

通过对MCAO大鼠模型进行患侧10 Hz rTMS，发现rTMS通过增加同侧海马神经发生和减少细胞凋亡可显著改善认知功能，并有缩小病灶大小的趋势。而且在rTMS治疗后，BDNF及其TrkB在缺血海马中的表达明显上调。进一步研究表明，rTMS显著增强了凋亡相关 B 细胞淋巴瘤/白血病基因 2(Bcl-2) 的表达，并降低了 Bcl-2 相关蛋白 X(Bax) 的表达，减少了缺血海马中TUNEL阳性细胞的数量。因此，研究认为rTMS治疗可能是通过BDNF 信号通路介导来抑制海马细胞凋亡和增强神经发生，从而促进缺血性脑卒中大鼠的认知功能恢复[4]。

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在rTMS治疗急性缺血性脑卒中动物模型时，多条信号通路发挥了作用，主要有线粒体caspase-9/3凋亡通路、BDNF/TrkB信号通路，涉及多种基因的改变，主要包括炎症、氧化、血管生成、神经发生、线粒体代谢、细胞凋亡等方面。

2.3 rTMS的其他作用机制 rTMS的作用机制复杂，除了宏观作用机制和分子作用机制外，还有一些其他作用机制。如rTMS对分数各向异性(FA)的影响，FA值是弥散张量成像(DTI)中可以灵敏地反映白质纤维完整性的参数。

Li等[22]对急性单侧大脑中动脉区皮质下梗死病人进行为期10 d的5 Hz rTMS治疗，病人健侧皮质脊髓束、健侧桥跨束、健侧小脑中脚、健侧小脑上脚、健侧内侧丘系、患侧小脑下脚、胼胝体体部和健侧扣带回的FA均明显增加。健侧皮质-脑桥-小脑-皮质环的连接增强和大脑半球间连接的加强可能反映了HF-rTMS促进对侧代偿的作用。

边缘系统与情绪调节密切相关，而边缘-皮质-纹状体-苍白球-丘脑(LCSPT)回路是边缘系统中最重要的部分。基底节区皮质损伤破坏了白质的完整性，进而导致的LCSPT结构损害与卒中后抑郁(PSD)的发生密切相关。大量研究表明，经过rTMS治疗的PSD病人，白质的FA值显著增加[23]。因此，FA值的增加也可以用来解释rTMS的治疗益处。

3 不同频率rTMS的比较

在大鼠脑缺血模型中发现，传统的20 Hz rTMS在增强缺血大鼠神经发生方面优于iTBS[21]。

通过研究7 d 内囊状梗死所致轻偏瘫病人受累运动皮质和未受累半球接受iTBS及1 Hz 刺激的安全性和有效性，发现iTBS应用于患侧运动皮层手部区域和 1 Hz 刺激应用于健侧运动皮层手部区域均可促进运动恢复。与假刺激相比，iTBS增加了卒中损伤评估集(SIAS)手指功能测试评分，1 Hz 刺激降低了改良 Ashworth 量表(MAS)腕关节和手指评分。因此，在脑卒中急性期应用健侧iTBS可以改善患肢运动，而健侧 1 Hz 刺激能够减轻患肢痉挛[2]。40例卒中后吞咽障碍病人在接受患侧半球3 Hz rTMS，健侧半球1 Hz rTMS治疗后发现，1 Hz rTMS可提高患侧半球皮质兴奋性，降低非患侧半球皮质兴奋性；而 3 Hz rTMS仅提高患侧半球皮质兴奋性，二者均能改善脑卒中后吞咽障碍病人的吞咽功能[7]。

研究证实，LF-rTMS可使皮层神经元的活性下降，HF-rTMS可提高皮层神经元的兴奋性。但联合 LF-rTMS和 HF-rTMS(LF-HF rTMS) 的疗效尚未得到充分探讨，尤其是在脑卒中早期。因此，有研究通过比较LF-rTMS组(1 Hz rTMS至健侧半球)、LF-HF rTMS组(1 Hz rTMS至健侧半球后 10 Hz rTMS至病灶半球)和假手术组在治疗结束时和 3 个月后的FMA评分、Wolf 运动功能测试法(WMFT)评分，发现LF-HF rTMS组改善优于 LF-rTMS组和假手术组。表明 LF-HF rTMS联合方案较单纯单侧使用 LF-rTMS方案可耐受且更有利于运动功能的改善[24]。

4 rTMS联合其他措施治疗

Cui等[25]通过随机对照研究发现，10 Hz rTMS联合有氧运动可以促进永久性MCAO大鼠神经可塑性和运动功能恢复。联合治疗在改善脑卒中病人的转杆试验(P=0.08)、加西亚试验(P=0.001)和运动诱发电位波幅(P=0.001)方面明显优于单用rTMS治疗。另一研究指出，当结合运动训练时，低频电场导航rTMS明显改善脑卒中偏瘫病人的手臂运动功能[26]。Emara等[27]发现MRI可以预测rTMS对脑卒中康复治疗的疗效，帮助临床医生选择rTMS的应用方式和部位。

通过植入人神经干细胞(hNSCs) 联合rTMS治疗MCAO大鼠模型发现，hNSCs移植联合rTMS可加速大鼠缺血性脑卒中后的功能恢复。此外，这种联合不仅显著增强了神经发生，提高BDNF 的蛋白水平，而且促进了人胚胎干细胞(human embryonic stem cells，hESCs)的神经分化[28]。

利用系统生物学的方法，将作用于NF-κB信号通路中的米诺环素与作用于BDNF和TrkB信号通路的rTMS结合，能够增强突触的可塑性、康复和神经恢复,可以使我们在早期阶段防止细胞死亡，并有更高的机会维持卒中后细胞的长期活性[29]。rTMS联合其他措施治疗急性缺血性脑卒中是一种可行的方法，而且会获益更多。

5 rTMS的时效性

rTMS治疗在什么时间开始，疗程如何确定，效果可以持续多久也是需要考虑的问题。

40例卒中后吞咽障碍病人在接受患侧半球3 Hz rTMS，健侧半球1 Hz rTMS治疗后，发现HF和LF rTMS均能促进病人的吞咽恢复，且效果至少持续 3 个月[7]。亦有研究表明，对急性缺血性脑卒中病人进行运动皮质rTMS治疗能促进和维持发病后1年的功能恢复[30]。

Nan等[31]对脑卒中病人卒中后 1 个月内给予高频rTMS，观察其对卒中发病 6 个月后的残疾和运动功能的影响，发现rTMS组和对照组的韩国版改良 Barthel 指数(K-MBI)、医学研究委员会(MRC) 患侧手臂运动缺陷量表、手动功能试验(MFT)和功能性步行分类(FAC)评分均随时间推移发生显著变化(P<0.001); 而rTMS组和对照组的运动强度、手功能、FAC 分级和 K-MBI 评分差异无统计学意义。故而该研究认为，在脑卒中发生1个月内进行rTMS对卒中病人发病 6 个月后的残疾和运动功能没有持久影响。

Guan等[32]将发病 1 周内的单侧大脑中动脉区域皮质下梗死病人随机分为rTMS治疗组和假手术组，然后对2组病人分别进行HF-rTMS或假rTMS治疗。分别于治疗前后及脑卒中发病后 1、3、6 个月及1 年进行NIHSS、Barthel 指数(BI)、Fugl-Meyer 评定上肢/下肢(FMA-UL/LL)、改良 Rank 评分(mRS)及偏瘫肢体的静息运动阈值(RMT)评分。rTMS治疗后第 2 天，治疗组NIHSS、BI、FMA-UL 评分改善均较假手术组明显。此外，在 1 个月时获得了相似的结果。但在发病后 3 个月、6 个月和 1 年时，2组病人除 FMA-UL 评分改善外，未见明显改善差异。研究认为，rTMS有助于急性脑卒中病人运动功能的恢复，除上肢功能改善可持续 1 年外，其余疗效可持续 1 个月。

大部分研究认为急性缺血性脑卒中早期使用rTMS会产生至少1个月的持续作用，但是对于治疗后6个月的效果暂时没有统一的论断。

6 TMS对预后的作用

TMS可以测量皮层兴奋性，根据卒中急性期运动诱发电位(motor evoked potentials，MEP) 的存在情况确定预后[9]。急性缺血性卒中病人健侧半球基线MEP值高与预后不良相关，而ITBS使患侧的MEP波幅显着增加[33]。

通过对13 例伴有运动症状的皮质下缺血性卒中亚急性期病人进行纵向研究，在卒中发生后 20 d内以及 40、60、180 d后进行评价，发现TMS-脑电图扫描(EEG)测量的运动皮质活动在患侧随时间变化，卒中发生后 40 d，TMS 诱发的活动明显增加。值得注意的是，这些变化表明皮质重组的关键机制发生在这个短时间窗内，这些变化与临床改善一致。在基线时记录的 TMS 诱发的α振荡活动与 40 d和 60 d随访评价时更好的功能恢复相关，表明α节律的功率是运动恢复的良好预测因素。这项研究表明，大脑半球的皮层活动在卒中后恢复的早期阶段是动态增加的。这些发现指出 TMS 诱发的α振荡活动是卒中恢复的潜在神经生理学标记物，并可能有助于确定神经调节驱动神经可塑性的时间窗[34]。

有研究通过测量首次脑卒中48 h内和11 d的自主肩外展(SA)和伸指功能(FE)来判定小指内收肌TMS(TMS-ADM)的附加预后价值，预测脑卒中后6个月的上肢功能，发现脑卒中后11 d的TMS-ADM与SA、FE联合评估能够较好地预测上肢运动功能[3]。

TMS可以诱发MEP，临床可以通过MEP的有无和强弱来判断脑卒中病人的预后。

7 rTMS作用的区域以及个体差异

左半球缺血性卒中 26 个月后的失语症病人每日接受 10 次与 Broca 区相应的右侧皮层抑制性 1 Hz rTMS后，其言语流畅性显著改善。其他语言功能或执行功能未观察到改善[35]。对首次出现前循环急性缺血性卒中(<3 d)且无颅内外动脉狭窄的病人行rTMS和经颅多普勒超声(TCD)检查，并比较皮层和皮质下梗死病人的脑血管运动反应，发现10 Hz rTMS可引起皮质下梗死病人的双侧血流动力学显著改变，而皮质梗死病人的双侧血流动力学改变不明显且同步性较差[36]。结果表明，rTMS治疗效果具有选择性，这有助于rTMS在急性脑卒中中的使用最优化。

脑卒中急性期伴有两侧半球活动和相互作用的功能性改变。在健康受试者中，已知性别会影响脑功能组织。在 35 例缺血性卒中病人中，通过计算半球间的兴奋性平衡指数，即偏侧指数(LI)，以证明半球间存在不对称性。然后测量了基线条件下和受累半球iTBS后的静息和主动运动阈值(AMT) 和运动诱发电位振幅来评价受累和未受累半球的兴奋性。受累和未受累半球之间的 AMT 仅在男性组中存在显著差异(P=0.004)，在女性组中不存在显著差异(P>0.200)，男性AMT的LI(LIAMT)和静息运动阈值的LI(LIRMT)均显著高于女性(分别为P=0.033 和P=0.042)。此外，iTBS诱导的长时程增强(LTP)样活性在雌性大鼠中更常见。性别对卒中后功能兴奋性的改变和重复刺激诱导的LTP 水平的影响，对不同性别的个体进行任何旨在促进卒中恢复的非侵入性刺激策略时具有很高的价值[37]。

还有数据表明，脑卒中后个体对iTBS的易感性受到患侧大脑半球运动网络连通性的个体间差异的影响[45]。

在对急性缺血性脑卒中病人实施rTMS治疗时，需要充分考虑到rTMS的选择作用区域和个体差异性。

8 思考与展望

最近一项研究表明，不仅闭塞血管的再通可以达到再灌注，侧支循环的增强也可以达到再灌注，蝶腭神经节刺激可以增强侧支循环。尽管该试验没有达到显著效果，但是对于具有皮质损伤的影像学证据的病人来说，蝶腭神经节刺激可能改善功能结果[8]。因此，我们设想rTMS通过技术改进，使其便携化，或设计为植入体，刺激大脑皮质的特定区域，以达到治疗急性缺血性脑卒中的目的。此外，rTMS可以联合目前现有的治疗方案，比如中药治疗、针刺刺激。从另一方面来说，TMS可以诱发MEP，临床上可以通过判断MEP的有无和强弱来判断其他治疗措施的有效程度，比如中药治疗。在医学影像实力完备的地区，还可以考虑将功能性MRI、DTI、EEG与rTMS结合，共同诊断与治疗急性缺血性脑卒中。