卒中后痉挛神经电生理改变的研究进展

李欢欢 武 亮 范维娇 张正超 吴春丽 贾高婷 黄许翔

作者单位：1.天津体育学院 301617 2.北京小汤山医院运动康复科 102211

痉挛是中枢神经系统功能障碍引起的上运动神经元综合征的阳性体征之一[1],导致痉挛发生的常见疾病有脑血管疾病、脊髓损伤、运动神经元病变、神经退行性疾病、代谢性疾病等,其中脑血管疾病导致痉挛的特点为偏身性、多部位,随疾病的进展而加重,并且一般不会在短时间内消失。此类疾病中又以卒中患者居多,卒中后痉挛的发病率约为20%～46%[2],它会给患者带来躯体疼痛、关节挛缩、骨折、异位骨化以及心理问题等继发性损伤,严重阻碍患者的康复进展。

卒中后控制偏身异常痉挛运动模式对于患者运动功能恢复至关重要[3],对痉挛进行客观、准确地评定可以较好地指导制定个性化康复治疗处方及评估治疗效果。主观量表作为评估痉挛的常用手段,在临床应用时存在一定的局限性,因此对痉挛进行客观量化评估显得尤为重要。神经电生理评估技术是一种非侵入性的辅助诊断和康复评估方法,不仅可以详细反馈神经功能信息和康复进程,也可以为卒中后痉挛的诊断、治疗和康复提供指导。

1.卒中后痉挛的产生机制

最早Lance[4]将痉挛定义为“以速度依赖性的牵张反射增强、腱反射亢进为特征的运动障碍,是上运动神经元综合征的阳性表现”。但是此定义有时与临床所见的痉挛并不相符,因此,跨学科运动障碍工作组(IAB)[5]希望根据当前运动障碍术语为痉挛提供一个简短而实用的新定义,提出“痉挛是指中枢性瘫痪时出现不随意的肌肉过度活动。”到目前为止,对于痉挛的定义仍未达成共识,由此可见痉挛状态的复杂性和多样性。

目前,人们普遍认为痉挛是由于脑卒中后的皮层去抑制引起的,导致调节脊髓牵张反射的兴奋性与抑制性的下行通路失衡[6],简单来说,背侧网状脊髓束抑制脊髓的牵张反射,脑卒中后,从皮层向延髓抑制中心发出的易化性输入减少,从而限制了背侧网状脊髓束的抑制作用,由此导致脊髓牵张反射兴奋性过高,从而产生痉挛。另一方面,许多学者发现脊髓内处理机制的异常也与痉挛有一定的联系,包括[7]:γ运动神经元活性激活增加肌梭敏感性而导致牵张反射亢进;突触后抑制通路的改变即交互Ⅰa抑制的调节异常、抑制性和兴奋性Ⅰb途径间平衡的改变、Ⅱ组通路的过度兴奋[8];Ⅰa类传入纤维与脊髓运动神经元之间激活后抑制也是痉挛较为明确的突触前机制。

痉挛状态发生的具体原因十分复杂,因此需要专业的评估方案来确定患者肌张力增高的原因是否为神经性,据此来制定针对性的治疗方案。

2.卒中后痉挛的评估

2.1 相关量表评估

肌张力评定的分级量表因其易于操作而在临床上广泛应用,包括改良Ashworth量表(MAS)、改良Tardieu量表(MTS)、综合痉挛量表(CSS)或临床痉挛指数(CSI)量表等。

改良Ashworth量表一直被认为是评估痉挛的黄金标准,该量表充分关注四肢的外观、姿势及步态[9],但是MAS评估只有在肌肉发生机械变化前评估才有效,对肌肉细微变化的敏感性较低[10],并且忽视了患者的疼痛和癫痫等临床症状及其对功能的影响等方面,所以在使用过程中受到了一些质疑。

改良Ashworth量表虽更契合Lance对痉挛的定义,但是无论患者的功能状态或目标如何,改良Ashworth量表都是根据标准化方案应用,并未考虑到随着行走速度的变化,关节活动度和角速度(或下肢运动的速度)会发生变化,因此在临床应用时也具有局限性。

综合痉挛量表及临床痉挛指数量表相对于其他量表来说,还考虑到腱反射及阵挛的评定,结果信度较好,目前主要被用于脑损伤及脊髓损伤后痉挛,尤其是踝关节的评定[11]。

由于量表评估结果受主观影响因素较大,我们并不建议单独使用量表进行痉挛的评估,而应基于痉挛产生的神经机制分析,结合其他客观技术进行精准评估。

2.2 神经电生理评估

神经电生理作为研究神经和肌肉细胞生物电活动的科学,应用于临床已有百年的历史,对于神经源性、肌源性、周围神经疾病的诊断鉴别都有重要的临床意义[12]。神经电生理技术通过识别肌肉表面的电信号,采集肌肉的电位幅值、兴奋传导速度以及运动单位募集数等,来获取肌肉的激活水平和模式、疲劳程度及协同模式等信息,具有可重复性强、稳定性强等特点,可捕捉神经传导功能异常的一系列变化[13],是具有较好信度的识别评估痉挛的客观方法之一。

2.2.1 H反射

H反射与F波都是反映运动神经元兴奋性的重要指标[14],与痉挛密切相关。其中H反射是脊髓水平最简单的单突触反射之一,该反射可测定脊髓前角ɑ运动神经元的兴奋性及整个传导通路上感觉及运动纤维的功能状态[15],是临床上评估痉挛状态最常用的神经电生理学方法,一般包括:H反射的最大波幅/M波的最大波幅(Hmax/Mmax)、H反射的阈值/M反应的阈值(Hth/Mth)、H反射回归线斜率/M波回归线斜率(Hslp/Mslp)、H反射恢复曲线。

Hmax/Mmax反映的是单突触反射所能募集到的最大数量运动神经元占整个运动神经元总数的比例,能体现运动神经元池中每次被激活的运动神经元情况。由于卒中患者的运动神经元兴奋性较高,痉挛侧的Hmax/Mmax值一般会显著高于未受损侧[16],与王永慧等对卒中后痉挛患者进行综合痉挛量表(CSS)和胫神经H反射的评估结果相同:治疗4周后,Hmax/Mmax比值较未受损侧增加且与综合痉挛量表评分呈正相关,这表明可以将H反射潜伏期与Hmax/Mmax比值相结合来评价脊髓前角运动神经元的兴奋性,以监测肌肉痉挛情况。

Hmax/Mmax存在的一个关键问题是,在检测过程中随着刺激强度增加,H反射的下行放电和α运动神经元上行逆行放电之间会发生冲突,这样的冲突会导致无法获得H反射的最大波幅,从而使Hmax/Mmax比值相对较小。如李泽文[2]等研究发现,卒中后上肢痉挛患者在经过4周治疗后,MAS评分、H反射潜伏期、RMS以及部分受检肌肉的iEMG均优于对照组,而两组的Hmax/Mmax并未有显著差异。相比之下,Hslp/Mslp最大限度地减少了这种冲突的影响,并且排除了外周因素的改变对H反射振幅的影响,与其他评估指标相比,Hslp/Mslp与Brunnstrom分期表现出更好的一致性,并且该方法评估的痉挛程度与Brunnstrom分期评估的功能恢复密切相关,能客观地评估患者的痉挛程度,所以被认为是最有效和最敏感的方法[10]。

众所周知,人类H反射的大小在重复刺激过程中会下降[17],在刺激间隔长达10秒的情况下,人类的H反射出现了与频率相关的抑制,即Ⅰa传入纤维-运动神经元突触激活后,再次刺激Ⅰa传入纤维,突触效率被抑制称为激活后抑制(post-activation depression,PAD)或效率抑制[18]。近年来发现H反射的激活后抑制的减少与卒中后痉挛的严重程度呈相关关系。Yang[19]等人评估了33例年龄25～65岁的脑卒中患者,观察发现比目鱼肌、胫前肌激活后抑制的减少与痉挛严重程度之间存在明显的正相关,这与许多学者研究结果一致:卒中后痉挛的患者患侧H反射的激活后抑制存在不同程度的减弱,且减弱的程度越大,痉挛也就更严重。另有统计,与健康对照组相比,患有脊髓损伤、多发性硬化、脑卒中、脑瘫的患者激活后抑制程度都较低,并且激活后抑制随着时间的变化类似于痉挛随着时间的变化,所以进一步探究激活后抑制将可能有助于早期识别及评估痉挛,以便于临床采取更加具有针对性的措施。

关于H反射的应用存在许多不同的观点,早期学者认为H反射与改良Ashworth量表评估结果并没有明显相关性[20],而近年来许多学者认为其有一定的相关性并可以应用于临床[21],包括激活后抑制的发现与研究也都预示着H反射在未来痉挛的机制研究与临床评估中可能会发挥更大的潜力,同时应注意控制H反射检测的干扰因素,以达到更加精准的结果。

2.2.2 表面肌电图(surface electromyography,sEMG)

表面肌电图信号源于大脑皮层控制下的脊髓运动神经元的生物电活动,通过放置于皮肤上的电极采集肌肉在活动过程中的电信号,对神经肌肉的活动水平进行定性、定量分析,从而推测其病变性质[22]。因其安全无创、多靶点检测、客观性反应神经肌肉系统的生理病理变化等特点[23],广泛应用于临床辅助诊断,并被称为步态障碍时期肌肉评估的黄金标准[24]。

sEMG常用的分析指标包括时域指标和频域指标,其中时域指标包括积分肌电值(iEMG)、平均肌电值(AEMG)、均方根值(RMS);频域指标包括平均功率频率(MPF)和中位频率(MF)。iEMG反映了在一定时间段、一定程度上,参与活动的肌肉放电总量的大小,实时反映了肌肉的活动状态。有学者认为[25],在肌肉随意收缩时,iEMG与肌张力存在正性相关关系。程霜霜等人[26]对10例脑卒中患者进行上肢多关节最大等长收缩时的表面肌电图监测,发现健侧肱二头肌的iEMG在屈肘时要显著大于患侧,伸肘时则相反,反映了卒中后偏瘫侧肱二头肌的肌张力异常,与临床常见的上肢屈肌痉挛模式吻合。

AEMG反映表面肌电信号变化幅度特征,RMS反映肌肉放电的有效值,与EMG信号的能量直接相关[27]。研究发现[28],卒中后痉挛的患者上肢肌张力与拮抗肌、主动肌的RMS呈正相关,这为临床评估肌张力与治疗痉挛提供了量化参考。谢平等人[29]选取10例卒中后肌张力异常的患者,进行改良Ashworth的评估、记录肱二头肌与肱三头肌在肘关节被动正弦曲线运动时的表面肌电信号,发现iEMG和ARMS、反射肌电阈值以及拮抗肌协同收缩率都与改良Ashworth评估具有相关性,这表明表面肌电信号可以定量评估卒中后痉挛患者的肌张力。

下肢痉挛的患者在胫前肌活动期间的腓肠肌会发生痉挛性协同收缩,导致行走阶段腓肠肌的收缩压制胫前肌的收缩,使脚尖而不是脚跟先触地。为了准确定量评测出痉挛性协同收缩水平,Vinti[30]等发现双足跟抬高测试为痉挛性协同收缩的管理提供一个更强大的肌电图生物标志物,这为我们使用肌电图评估痉挛状态提供了一个更好的选择。

表面肌电图在精确、量化评估的同时也存在一定的局限性,当目标肌肉体积较小或处于较深层、机体脂肪或皮肤分泌物较多、噪声干扰时,表面电极可能不能精准反映目标肌肉的生物电活动,但是随着科技的进步将逐步克服困难,开发出新的测量参数使表面肌电图的精准性得到质的提升。

2.2.3 运动诱发电位(Motor evoked potentials,MEP)

运动诱发电位是由重复经颅磁刺激作用于大脑皮层或脊髓后,诱发中枢神经细胞放电,在由周围神经支配的效应器中产生电位冲动,从而在体表相应部位肌肉记录到的复合动作电位。运动诱发电位代表皮质脊髓束的功能状态,可以客观反映肢体的运动传导通路情况,表现患者运动皮质兴奋性的变化[31]。判断运动诱发电位的异常主要包括刺激阈值、波形的异常或消失及潜伏期的延长。Cakar等人[32]的研究表明,卒中后患者的患侧半球运动诱发电位波幅相较于非患侧来说有明显的降低,潜伏期也较延长,并且患侧运动诱发电位的波幅与肢体痉挛的程度呈负相关关系,也就是说,运动诱发电位的波幅越高,患者的功能改善越好,痉挛程度也就越低,这与Watanabe K[33]等的研究结果一致。所以,通过检测运动诱发电位波幅及潜伏期的变化,可以反映痉挛肌肉的神经元兴奋性和神经传导速度等指标,从而了解痉挛的发生机制和严重程度。

卒中后肌肉痉挛的产生与运动皮层神经元异常兴奋和神经传导异常有关,皮层重组和运动恢复之间存在不可分割的关系[34],但是皮质下和半球间兴奋性或抑制性的传统测量高度依赖肌电图的输出,通常存在严重运动功能障碍的患者无法检测,所以可以借助经颅磁刺激和脑电图相结合,探测经颅磁刺激后皮质的反映,为那些严重受损的患者提供检测新思路[35]。

2.2.4 躯体感觉诱发电位(Somatosensory evoked potentials,SEP)

对躯体感觉系统中的任何一点(包括感觉纤维的周围神经或感觉径路)给予适当刺激,并且在短时间内在该系统特定通路的任何部位检测出与刺激有固定关系的潜在反应,即躯体感觉诱发电位。躯体感觉诱发电位主要反映脊髓感觉传导通路的完整性[36],具有安全无创、敏感客观、特异性高、可重复性好、不受意识及认知功能影响等优点,广泛应用于脑卒中的早期辅助定位诊断、病情严重程度判断、治疗效果及预后评估等[37]。

波形的消失或低平、潜伏期(包括波间潜伏期)的延长都是反映躯体感觉诱发电位异常的主要指标,近年来有许多学者发现,躯体感觉诱发电位的异常也可能与偏瘫侧的痉挛程度有一定的联系。袁志红[38]等通过对54例脑卒中患者进行躯体感觉诱发电位、改良Ashworth量表、Brunnstrom分期的评测,发现偏瘫侧改良Ashworth量表N20的潜伏期与改良Ashworth量表评估结果呈显著正相关,并且该潜伏期延长的程度和上肢功能的残损程度呈中等显著相关。Pfeiffer[39]等对33例患者在躯体感觉诱发电位检查前口服10mg地西泮,发现其SEP N20的波形也有所改善。这些结果都表明躯体感觉诱发电位的异常可能与痉挛的神经生理学特征有关。

当前更多的是将躯体感觉诱发电位用于诊断颅脑损伤部位及预测神经系统功能恢复的预后情况,有学者推测其波形的改变可能与神经功能恢复带来的肌张力下降有一定的联系,但是目前尚未形成统一的标准,仍需临床大样本试验来探究。

3.总结与展望

电生理评测技术已日趋成熟,可以客观反映患者功能状态的变化。然而,电极摆放位置、肌肉厚度、脂肪厚度、室温及操作环境、操作人员的技术水平等因素可能会影响结果的准确性。此外,一些检查方法因流程复杂、时间耗费长、价格昂贵等原因难以在临床中推广应用。随着科技的不断发展,未来的研究将探索更加精细化的痉挛评估方法,结合多种手段,全面评估患者的神经功能和痉挛状态。同时,深入研究痉挛的机制,探索其与神经可塑性、炎症反应等方面的关系,以期提供更加系统和全面的治疗方案,提高患者的生活质量和功能恢复水平。