双侧半球重复经颅磁刺激对脑卒中恢复期患者上肢运动功能及血清BDNF 水平的影响

黄 媛， 林瑞珠，2， 马良辰，2， 田富宝， 李泓钰，2， 朱 宁，2

（1.宁夏医科大学临床医学院，银川 750004； 2.宁夏医科大学总医院康复医学科，银川 750004）

脑卒中是全球第三大致死和致残原因[1]，55%～75%的患者经过一段时间康复治疗，仍存在不同程度的上肢运动功能障碍，给家庭及社会带来沉重负担[2]。此前针对脑卒中后上肢运动障碍的常规康复治疗大多为外周神经刺激[3]。近年重复经颅磁刺激技术（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）作为一种非侵入性、中枢刺激技术，被广泛应用于治疗脑卒中上肢运动障碍的各个时期[4-6]。其促进运动恢复的分子机制仍在探索中，最佳刺激方案也尚未达成共识。Guo等[7]研究表明，单侧高频、低频rTMS 均可促进运动网络的重组，对脑卒中患者的运动恢复有积极的改善作用；但高频可能更有助于患侧运动网络的连接重组，并实现更大的运动恢复效益。相较于假刺激和单侧刺激，联合应用低频-高频rTMS刺激双侧大脑半球对改善脑卒中后早期运动障碍的效果更佳[8-9]，但该方案在脑卒中恢复期的康复治疗效果鲜有报道。

由于脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）与脑卒中等神经、精神性疾病的恢复密切相关[10]，考虑到人类血清中成熟BDNF 的水平较高[11]，其在外周血中的水平可反映大脑功能[12-13]，所以测量个体血清BDNF 水平具有一定的临床意义。因此本研究设计了一项前瞻性、单盲、随机对照临床试验，基于生物标记物BDNF 探讨联合低频-高频治疗脑卒中恢复期患者上肢运动功能障碍的有效性和安全性及其部分作用机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究使用G*Power 软件计算样本量。检索相关文献，以Fugl-Meyer 运动功能评定量表上肢部分（Fugl-Meyer assessment-upper extremity，FMAUE）作为主要指标，将治疗后各组的平均数和样本数输入软件，规定为双侧检验，α=0.05，把握度（1-β）=0.8，计算得到总样本量n=42 例。考虑到20%的脱落率及各组平均分配，每组各纳入18 例。

选取2022 年1 月至10 月宁夏医科大学总医院康复医学科住院部54 例上肢有运动障碍的脑卒中恢复期患者作为研究对象。采用随机数表法将54 例患者随机分为3 组：联合组（n=18）、高频组（n=18）、对照组（n=18）。受试者对其随机分组未知，并对结局指标评估人员设盲。

本试验方案经宁夏医科大学总医院科研伦理审查委员会批准（KYLL-2021-1082），并在中国临床试验注册中心注册（ChiCTR2200060201）。所有患者在参与前均对本研究知晓并签署知情同意书。

1.1.1 纳入标准 1）患者脑卒中诊断符合《中国脑血管病防治指南》（2007 年版）[14]中关于脑梗死和脑出血的相关诊断标准，并经颅脑CT 或MRI 证实为单侧大脑半球者；2）病程为30～180 d，且生命体征平稳、意识清晰、愿意配合者；3）首次发病者；4）年龄30～75 岁；5）上肢Brunnstrom 分期为2～5 期[15]。

1.1.2 排除标准 1）病情不平稳，进展性脑卒中、恶性进行性高血压或脑梗死后继发脑出血者；2）二次或反复多次脑卒中患者；3）有明显颅内压增高指征者；4）有经颅磁刺激治疗禁忌证者，如患有癫痫、植入起搏器或药物泵、颅骨内或眼睛中有金属物体等；5）合并认知功能障碍的患者；6）合并恶性肿瘤的患者；7）合并严重的肺、心、肝、肾功能障碍患者。

1.2 治疗方法

联合组、高频组、对照组均根据患者疾病特点接受脑卒中二级预防用药及常规康复治疗，由有工作经验且通过培训考核的治疗师进行训练指导。在此治疗基础上使用CCY-I 经颅磁刺激仪（武汉依瑞德医疗设备新技术有限公司），直径125 mm 的圆形线圈，分别给予3 组不同的rTMS刺激方案。

1.2.1 常规康复治疗 常规康复训练参照《中国脑卒中康复治疗指南（2011 完全版）》[16]规定进行运动训练，主要包括：1）良肢位摆放及主动被动关节活动度训练；2）核心肌力训练、平衡训练及步行训练；3）痉挛的防治；4）手的精细能力训练及日常生活自理能力训练。作业治疗、物理治疗每次各40 min，2 次/d，5 次/周，持续2 周。

1.2.2 经颅磁刺激治疗 1）治疗前首先确定刺激靶点及静息运动阈值。使用配套定位帽，在M1区寻找刺激10 次至少有5 次能在手拇短展肌检测到至少50 μV 振幅的运动诱发电位（motor evoked potential，MEP），则该点为刺激靶点，该刺激强度为该侧半球静息运动阈值（resting motor threshold，RMT）。2）治疗时患者呈仰卧位放松状态，避免活动头部，圆形线圈中点对准M1 区的刺激靶点，线圈中点平面与颅骨相切，线圈柄与水平面呈45°角，尽量减少线圈与目标皮层的距离。联合组：首先作用于健侧半球M1 区刺激靶点，1 Hz，90% RMT，600 脉冲，连续刺激，刺激间隔1 s，共10 min；然后刺激患侧半球M1 区靶点，10 Hz，90% RMT，600 脉冲，间歇刺激，刺激间隔9 s，共10 min。高频组：作用于患侧半球M1区刺激靶点，10 Hz，90% RMT，1 200 脉冲，间歇刺激，刺激间隔9 s，共20 min。对照组：与联合组刺激参数一致，进行假刺激（线圈与靶点呈90 °，无输出但治疗时播放rTMS 声音）。

所有治疗严格按2020 年TMS 操作指南进行[17]。治疗过程中密切监测患者生命体征及不良反应，治疗结束患者无不适感后离开。

1.3 评价指标

分别在治疗前、治疗2 周后对受试者进行临床行为评估和血清检测分析。由2 名经验丰富、已通过相关培训且对分组情况未知的康复治疗师进行评估。

1.3.1 FMA-UE 量表 该量表包含上肢的反射、协调、稳定性评估及肩、肘、腕、手的运动评估等9项。每项分为3 个等级，共66 分。分值越低则上肢运动功能障碍越严重[18]。

1.3.2 改良Barthel 指数（modified Barthel index，MBI） 采用MBI 评价患者日常生活活动能力[19]，总分100 分，≤50 分为严重功能缺损，50 分＜MBI≤75 分为中度功能缺损，75 分＜MBI＜100 分为轻度功能缺损，100 分为完全自理。

1.3.3 血清生物标记物的测量 使用人BDNFELISA kits（ABclonal 公司，RK00074），定量检测外周血BDNF 因子表达水平。抽取患者静脉血5 mL，随即采用离心机（Centrifuge 5810R，Eppendorf，德国），4 ℃、3 500 r·min-1离心10 min 取上清液。将获得的样品匿名化，并立即储存于-20 ℃冰箱。收集后1 周内冷冻条件下运输并储存于-80 ℃冰箱。

1.4 不良事件

不良事件的监测和记录由治疗师进行，包括刺激区域头痛、听力损伤（因线圈噪声引起）和癫痫[20]。在刺激过程中给患者佩戴耳塞以防止出现听力损伤。局部的轻微头痛感可很快消失。治疗过程中密切监测患者心率、血氧、呼吸等生命体征，结束后确认患者没有不适感方可离开。

1.5 统计学方法

数据采用SPSS 26.0 统计学软件进行分析。经Shapiro-Wilk 正态检验及方差齐性检验。计量资料以均数±标准差（±s）表示，符合正态分布且方差齐的计量资料组间比较采用单因素方差分析，各组治疗前、后比较采用配对t检验，多重比较采用LSD-t法。计数资料比较采用卡方检验。采用Pearson 直线相关分析法评估运动改善和生物标记物之间是否存在相关性。进行双侧检验，P≤0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3 组患者一般资料比较

3 组患者性别、年龄、病程、脑卒中类型、病变部位、教育年限、认知功能水平（MMSE）等基线资料差异无统计学意义，具有可比性（P均＞0.05），见表1。试验过程中高频组脱落2 例（1 例因为出院终止治疗，另1 例因个人原因退出），其余52例全部纳入数据分析。

表1 3 组患者一般资料比较

2.2 3 组患者治疗前后FMA-UE 评分比较

治疗前3 组患者FMA-UE 评分差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗2 周后，3 组患者FMA-UE评分均较治疗前增高（P均＜0.05）。3 组治疗后组间比较差异有统计学意义（P＜0.05），两两比较发现，治疗后联合组、高频组FMA-UE 评分均高于对照组（P均＜0.05），且联合组治疗后的FMA-UE评分高于高频组（P＜0.05），见表2。

表2 3 组患者治疗前后FMA-UE 评分比较（±s，分）

表2 3 组患者治疗前后FMA-UE 评分比较（±s，分）

与同组治疗前比较*P＜0.05；与对照组比较#P＜0.05；与高频组比较△P＜0.05。

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2.3 3 组患者治疗前后MBI 评分比较

治疗前3 组患者MBI 评分差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗2 周后，3 组MBI 评分均较治疗前增高（P均＜0.05）。3 组治疗后组间比较差异有统计学意义（P＜0.05）。两两比较发现，治疗后联合组、高频组MBI 评分均高于对照组（P均＜0.05），联合组MBI 评分与高频组相比差异无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 3 组患者治疗前后MBI 评分比较（±s，分）

表3 3 组患者治疗前后MBI 评分比较（±s，分）

与同组治疗前比较*P＜0.05；与对照组比较#P＜0.05。

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2.4 3 组患者治疗前后血清BDNF 水平比较

治疗前3 组间血清BDNF 水平差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗2 周后，联合组、高频组、对照组血清BDNF 浓度均较治疗前升高（P均＜0.05）。3 组治疗后组间比较差异有统计学意义（P＜0.05）。两两比较发现，治疗后联合组、高频组血清BDNF 浓度均高于对照组，联合组血清BDNF 浓度高于高频组（P均＜0.05），见表4。

表4 3 组患者治疗前后血清BDNF 水平比较（±s，ng·mL-1）

表4 3 组患者治疗前后血清BDNF 水平比较（±s，ng·mL-1）

与同组治疗前比较*P＜0.05；与对照组比较#P＜0.05；与高频组比较△P＜0.05。

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2.5 FMA-UE 评分与BDNF 水平的相关性

结果表明，治疗后FMA-UE 评分与血清BDNF 水平呈正相关（r=0.342，P=0.013）。

2.6 不良反应发生情况

高频组有2 例患者干预时面部有抽动，结束后头皮轻度疼痛，休息过后症状缓解，最终完成了后续治疗。未见其他意外情况或身体不适发生。

3 讨论

目前rTMS 因其安全、无创、操作便捷等特点，被广泛应用于治疗脑卒中后上肢运动障碍，刺激频率是影响其疗效的重要参数，其中＞1 Hz为高频，≤1 Hz 为低频[21]。在rTMS 的相关研究中，半球间竞争（interhemispheric inhibition，IHI）模型是其促进大脑重塑的重要理论支持，该模型认为健康大脑半球间是相互抑制的动态平衡关系，低频rTMS 可抑制健侧运动皮层的兴奋性，高频则能促进患侧皮层兴奋，可用于恢复两侧皮质因脑损伤被打破的平衡[22]。一项Meta 分析表明，早期脑卒中患者病变半球运动皮质兴奋性低于健侧[23]。影像学研究[24]也发现，脑卒中后两侧大脑半球运动皮质间的功能连接减少，这正是偏瘫患者上肢运动出现障碍的关键原因。而rTMS 基于IHI 模型，可通过调控大脑皮质兴奋性（1 Hz 可抑制靶区兴奋性，10 Hz 对靶区产生易化作用）诱发一系列生理生化反应，增强神经元可塑性，促进脑损伤修复[4-6]，达到改善上肢运动功能的目的。

Li 等[25]研究发现，相较于假刺激组，1 Hz 低频与10 Hz 高频单独刺激一侧大脑半球能增高脑卒中急性期患者FMA 的运动功能评分，但低频组与高频组疗效差异无统计学意义。最新研究[26]显示，与单侧刺激和假刺激相比，联合低频-高频刺激双侧大脑半球治疗脑卒中急性期上肢运动障碍效果更好。此前Askin 等[27]和Kim 等[28]同样发现，单侧低频、高频rTMS 对改善脑卒中恢复期患者运动功能亦优于常规治疗组。基于上述研究，本研究为了观察联合低频-高频rTMS 对脑卒中恢复期上肢运动障碍患者是否同样有效，给予不同频率rTMS 刺激方案后发现，低频-高频联合刺激双侧半球比单侧高频刺激患侧半球效果更好。该结果与此前脑卒中急性期的研究结果相一致，但仍需要更多验证。

本研究采用FMA-UE 和MBI 量表评估治疗后脑卒中恢复期患者上肢运动功能的改善情况及患者在家庭、工作、社会中残存及再恢复的能力。结果表明，联合组和高频组的FMA-UE 及MBI 评分均较对照组增加，且治疗后联合组的FMA 评分亦高于高频组。表明联合低频-高频rTMS 刺激双侧半球比单侧高频刺激患侧半球对改善脑卒中恢复期患者上肢运动的疗效更好。本研究中联合组与高频组的MBI 评分差异无统计学意义，可能与评估时部分有自理能力的患者存在家属代劳现象有关。Sung 等[29]将54 例脑卒中恢复期患者随机分为联合1 Hz-间歇性θ 爆发rTMS 双侧刺激、健侧1 Hz、患侧间歇性θ 爆发刺激、假刺激4 组，接受20 次/d，5 d/周，持续4 周治疗，发现与单侧刺激相比，联合组的Wolf 运动功能测试、FMA 评分改善更显著。本研究结果与上述研究中联合抑制性-兴奋性rTMS 结果相一致，可能与联合刺激较单侧刺激进一步加强了半球间竞争的协调有关。因此，还需要更多研究验证其在多中心、大样本量中的影响。

BDNF 在脑卒中的病理生理发生、发展过程中发挥着重要作用[30-32]。BDNF 通过与酪氨酸激酶B受体（TrkB）结合，可诱导神经元存活，增加神经可塑性[11]。有研究[33]表明，rTMS 可以影响突触连接强度和信息传递效率，通过高频产生长时呈增强（long-term potentiation，LTP）和低频产生长时呈抑制（1ong-term depression，LTD）作用来调控皮质脊髓的兴奋性、促进神经的可塑性。本研究结果显示，联合组较高频组和对照组血清BDNF水平升高，说明健侧低频联合患侧高频rTMS 治疗方案可以促进脑卒中恢复期患者BDNF 水平的提高，其促进作用优于单纯患侧高频rTMS 治疗。一项非随机临床对照实验发现，低频rTMS 可以通过增加BDNF 水平改善受影响肢体的运动功能[34]。另一项研究[35]表明，在脑卒中恢复期，相较于对照组，高频rTMS 联合认知训练可通过升高血清BDNF 水平来有效改善卒中后患者的认知障碍。本研究结果中高频组的BDNF 水平变化与上述研究相一致，且rTMS 双侧半球刺激较患侧高频刺激更能上调血清BDNF 水平。另外，本研究还发现，血清BDNF 水平变化与运动恢复（以FMA 计算）存在正相关，提示运动功能的恢复与rTMS 升高血清中BDNF 水平有关。原因可能是双侧刺激加强了半球间竞争的协调，rTMS通过调控大脑半球兴奋性，促进神经元细胞中的BDNF 上调，增加突触的可塑性[30，36]，加快大脑皮质重组[37]，从而使脑卒中恢复期患者上肢运动功能得以改善。

综上所述，本研究可初步证实联合健侧低频和患侧高频rTMS 刺激双侧大脑半球比患侧高频rTMS 在促进上肢运动恢复上显示出更好的临床效果，可能与其较好的上调血清BDNF 水平有关。从安全性出发，本研究过程中除了个别患者在首次干预时有轻微可忍受的头痛外，未出现癫痫等其他严重不良事件，说明本研究引入的刺激参数是安全耐受的。但本研究为单中心、小样本试验，今后可开展多中心研究，以不断完善优化联合刺激方案参数，使rTMS 更好地应用到脑卒中患者的康复治疗中。