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脊髓损伤截瘫患者无法恢复?脊髓电刺激SCS帮助4名截瘫患者恢复自主运动

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开创性的研究结果为脊髓损伤患者带来了新的希望。 图示:在弗雷泽康复研究所(Frazier Rehab Institute)的人体运动研究中心实验室,前四名参与者在接受特定任务训练的同时进行脊髓刺激。弗雷泽

  开创性的研究结果为脊髓损伤患者带来了新的希望。

图示:在弗雷泽康复研究所(Frazier Rehab Institute)的人体运动研究中心实验室,前四名参与者在接受特定任务训练的同时进行脊髓刺激。弗雷泽康复研究所是路易斯维尔大学肯塔基脊髓损伤研究中心的一部分。从左至右:Andrew Meas, Dustin Shillcox, Kent Stephenson和Rob Summers。路易斯维尔大学

  2014年美国国立卫生研究院报道:根据一项由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)和克里斯托弗·里夫基金会(Christopher & Dana Reeve Foundation)部分资助的研究,四名截瘫患者通过一种包括脊髓电刺激的新疗法,能够自主地移动之前瘫痪的肌肉。这些已经瘫痪超过两年的参与者,在刺激器处于活动状态时,能够主动弯曲他们的脚趾、脚踝和膝盖。随着时间的推移,结合身体康复,他们的动作会得到增强。参与这项研究的研究人员表示,这种疗法有可能改变瘫痪患者的预后,甚至是在受伤多年之后。

  “当我们第一次得知患者因脊柱刺激而恢复了自主控制时,我们持谨慎乐观的态度,”国立卫生研究院生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)主任表示,他为这项研究提供了支持。“现在,脊椎刺激已经在这4个病人中获得成功,有证据表明,一大批以前脊髓损伤就没有希望能够恢复的人,可能从这种干预中受益。”

  这项研究最令人印象深刻和出乎意料的发现之一是,两名受益于脊髓刺激的患者在此之前已经出现了完全的运动和感觉麻痹。在这些患者中,除了从大脑向腿部发送信息以控制运动外,从腿部向大脑发送感觉信息的通路被中断。研究人员对这一结果感到惊讶;他们认为至少有一些感觉通路需要保持完整才能使治疗有效。

图示:研究参与者Kent Stephenson在脊髓刺激器处于活动状态时主动抬起腿。图片由路易斯维尔大学提供。

  这项研究是2009年开始的一项开创性的试点试验的延续,该试验旨在确定脊髓刺激与日常跑步机上的训练是否可以帮助瘫痪患者重新获得一些活动能力。在那次试验中,一位胸部以下瘫痪的年轻人罗伯·萨默斯(Rob Summers)的脊髓被植入了一个16个电极阵列。在训练中,他被吊带吊在跑步机上,由一组研究人员支撑他的腿,帮助他站立或行走。与此同时,阵列向他受伤部位下方的脊髓发送电脉冲。

  据研究人员称,刺激的目的是增加脊髓内局部电路的敏感性,这些电路在没有大脑输入的情况下执行基本的运动功能,例如踩大头针后出现的膝跳,甚至是更复杂的模式化运动,如行走。虽然没有足够的力量直接诱导肌肉的激活,但研究人员相信,当这种刺激与踩在跑步机上的感觉输入相结合时,可以引起运动。

  由于刺激器处于活动状态,Summers能够逐渐承受自己的体重,最终可以在没有理疗师帮助的情况下站立长达4分钟。令人惊讶的是,在试验的七个月后,Summers还发现他已经恢复了对双腿的一些自主控制。研究人员对后一种结果感到惊讶,因为自主运动需要信息从大脑向下传递到脊髓下部,这条路径因他的受伤而失去了功能。在没有刺激的情况下,Summers受伤导致的其他损伤也开始随着时间的推移而改善,如血压控制、体温调节、膀胱控制和性功能。

  现在,在这项后续研究中,另外三名瘫痪患者在脊髓电刺激后恢复了自主肌肉控制。他们的报告也包括了对Summers进行的新测试的结果,这项结果发表于《Brain》杂志上。

  这项新研究中的三名患者包括两名完全性运动和感觉麻痹,一名与Summers相似,完全性运动麻痹,但在受伤后仍有一定的感觉能力。在刺激开始后的几天内,三名患者都恢复了对先前瘫痪肌肉的一些自主控制。

  脊髓电刺激SCS为什么能为这四名患者带来效果?

  研究人员指出,每个受试者恢复自主运动的速度证明,完全运动麻痹的患者体内可能存在休眠连接。与损伤相关的上下区域没有完全分离,有可能是有一些接触,但这些联系不起作用。脊髓电刺激可能会重新唤醒这些联系。这项新研究的一个重要方面涉及到评估每个患者根据听觉和视觉线索调节动作的能力。我们希望能确定它们在受到刺激的情况下是否能自主活动,以及它们对运动的控制程度。包括Summers在内的所有受试者都能够同步腿部、脚踝和脚趾的运动,与电脑屏幕上显示的波浪起伏一致,四分之三的人能够根据三种不同听觉线索的强度改变他们弯曲腿的力量。

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图示:研究参与者Kent Stephenson在接受脊髓刺激时进行自主训练。Katelyn Gurley追踪他的肌肉活动和力量水平。路易斯维尔大学

  “事实上,大脑能够利用可能还剩下的少数连接,然后处理这些复杂的视觉、听觉和知觉信息,这是相当惊人的。”它告诉我们,来自大脑的信息正在到达脊髓的正确位置,所以这个人可以相当准确地控制运动的性质,”研究人员说。

  什么是脊髓电刺激,它是如何工作的?

  在世界各地,每年大约有14,000名患者接受了脊髓电刺激治疗,脊髓电刺激(spinal cord stimulation,SCS)作为一种神经调控疗法,通过手术将脊髓刺激器(SCS)放置在你的皮肤下,向你的脊髓发送温和的电流。细电线将电流从脉冲发生器传输到脊髓的神经纤维。当启动时,SCS刺激疼痛区域的神经。由于电脉冲改变并掩盖了疼痛信号,使其无法到达大脑,疼痛就会减少。

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图示:脊髓电刺激工作原理,图片来源mayfield clinic

  脊髓电刺激具体适应症:

  脊髓电刺激(spinal cord stimulation,SCS)治疗是目前国际上公认的治疗慢性顽固性疼痛的先进疗法。脊髓电刺激可用于治疗或管理不同类型的慢性疼痛,包括:

  ·背痛,尤其是术后持续的背痛(背部手术失败综合征)
  ·术后疼痛
  ·蛛网膜炎(蛛网膜的疼痛性炎症,一种覆盖大脑和脊髓的薄膜)
  ·无法用其他方法治疗的心绞痛
  ·脊髓损伤
  ·神经相关疼痛(如严重的糖尿病神经病变和放疗、手术或化疗引起的癌症相关神经病变)
  ·周围血管疾病
  ·复杂局部疼痛综合征
  ·截肢后的疼痛

  ·内脏腹痛和会阴痛

  对脊髓疼痛和生活质量的刺激可以减少和改善整体生活质量。它通常与其他疼痛管理疗法一起使用,包括药物、运动、物理疗法和放松方法。脊髓电刺激首次用于治疗疼痛是在1967年。1989年,美国食品和药物管理局(FDA)批准了脊髓电刺激疗法,用于缓解躯干、手臂或腿部神经损伤带来的疼痛,目前已占到所有神经调节疗法的90%。上述案例中,研究人员说表示在这四个人身上使用这种技术最初是为了抑制背痛而设计的。刺激不是消除疼痛的来源,它只是干扰了传递给大脑的信号,因此疼痛缓解的程度因人而异。而且,有些病人会觉得刺痛不舒服。由于这些原因,在设备永久植入之前要进行一次试验刺激。脊髓刺激的目标是减少50-70%的疼痛。然而,如果它能帮助你以更少的疼痛来进行日常活动,并减少你服用的止痛药的数量,即使是少量的疼痛减轻也会是显著的。刺激并不是对每个人都有效。如果失败,植入物可以被移除,并且不会损伤脊髓或神经。

  脊髓电刺激已经使用了几十年,并被推荐用于越来越多的情况。失败的背部手术综合征,颈椎和腰椎神经根炎,神经病变和复杂的区域疼痛综合征是一些情况可能有助于治疗。脊髓电刺激对于部分痉挛性截瘫的病人,经过长期刺激后,下肢的感觉、运动、大小便功能均有部分改善,也有部分患者恢复了下地行走的功能,为脊髓损伤患者带来了新的希望。

  相关参考资料:1,NIH,Spinal stimulation helps four patients with paraplegia regain voluntary movement

  2、SPINE-health, Neel Mehta, MD,Spinal Cord Stimulation for Chronic Back and Neck Pain

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