作者:姚易琪 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/2/21 9:13:57
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科学家重燃失灵脊髓细胞,改善中风患者肌力不足

 

2月21日,《自然-医学》(Nature Medicine)发表一项题为《Epidural stimulation of the cervical spinal cord for post-stroke upper-limb paresis》的临床研究报告称,脊髓刺激(SCS)或可成为一种中风后恢复上肢活力的康复方法。

研究指出,由于当前神经康复方法有限,发生中风后,有近3/4的人长期存在上肢运动控制障碍。而硬膜外电刺激(epidural electrical stimulation)是一种临床上批准的技术,它可以通过电刺激脊髓,来促进脊髓损伤患者的腿部运动功能恢复。硬膜外电刺激能用于恢复中风患者的上肢能力吗?目前还少有专家对此进行探究。

美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)教授Marc P. Powell和同事针对控制上肢的神经回路,为两名患有中风后慢性上肢肌力不足患者(女性,分别为31岁和47岁)的颈脊髓植入了SCS电极。

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该试验为两名患有中风后慢性上肢肌力不足患者的颈脊髓植入了SCS电极。图片来源:Nature Medicine

让中风患者逐渐动起来

29天后,结果显示,持续的硬膜外电刺激改善了患者上肢的诸如力量、灵活性等运动能力。还使其获得了精细运动技能,如开锁和操作餐具、独立进食等,而有一名患者已有9年无法完成这些任务。研究还表明,在停止刺激4周后患者上肢能力依然没有衰退。

两名患者中,SCS01是一名31岁的女性,九年前因血管海绵状畸形(指血管异常,可能会引起一系列神经系统问题),导致右侧丘脑出血性卒中(出血性脑卒中的一种类型,发生在大脑右侧的丘脑区域)。SCS01的损伤局限在脑部的内囊、中脑和桥脑。

SCS02是一名47岁的女性,三年前因右侧颈动脉夹层(颈动脉内膜和中膜之间,或中膜和外膜之间发生的裂隙),导致右中动脉(MCA)缺血性卒中,进而使得MCA领域大面积梗死。SCS02的损伤范围更大,影响了右半球的辐束冠(大脑白质的一部分,由来自脑皮质的神经纤维组成,负责连接大脑的不同区域)。

研究进一步解释,在这两种情况下,CST(中枢神经系统中的锥体束)的广泛损伤导致了慢性上肢障碍。试验通过计算FA对称性得分(FAS,一种用于评估白质完整性的量化指标。计算得分范围通常在0~1,其中0表示完全受损,1表示白质完全正常),来比较损伤半球和未损伤半球之间的相对白质完整性。发现SCS01的FAS = 0.17,SCS02的FAS = 0.35。这表明两位参与者CST的单侧损伤较严重。

研究人员在参与者颈椎C3和胸椎T1的脊神经根附近植入了两根线性导管,数据显示,在实现肌肉收缩方面,患者头端接触的单极刺激引起了肩部和斜方肌的活动,而尾端接触则牵动了内在手部肌肉的互动。在SCS能否增加肌肉力量方面,研究通过对照试验发现,SCS01在肩膀和肘部持续增加了等长收缩和伸展的力量。相比不提供SCS,当提供SCS时,SCS01肘部的平均扭矩增加了一倍以上(第9天:9.8 vs. 22.0 Nm(一种国际单位制中的力矩单位);第23天:11.6 vs. 24.6 Nm)。SCS02在此方面也同样体现出改善。

在肌肉灵敏性方面,研究表示,在刺激作用下患者们的上肢运动明显更加平稳。SCS01被要求朝着不同的目标伸手,以最大化实现肘部的主动伸展。研究人员同样在对照试验(提供SCS vs. 不提供SCS)中发现,抓取左目标时,SCS01的速度峰值减少了34%,抓取右目标时减少了47%。

由于SCS02受伤更严重,她执行了一个更简单的任务,即被要求伸手触及三条水平线中最远的一条(线之间间隔10厘米)。在没有刺激的情况下,SCS02从未达到那条最远的线,但在有刺激的情况下,她每次都能在试验中到达最远的线。这反映在肘部运动角度上,刺激下SCS02上的肘部运动角度增加了23度,最大到达距离增加了7.8厘米,总运动时间缩短了37%。与SCS01一样,在刺激期间,她的运动也更加平稳(速度峰值减少了20%),且轨迹方差和总路径长度也得到了显著改善。

“大脑—纤维感觉冲动—运动神经元—肌肉”路径

关于这些效果是如何实现的,在北京时间2月15日22时举行的针对该研究的线上新闻发布会“Nature Medicine press briefing”上,此次试验专家之一、美国匹兹堡大学助理教授Marco Capogrosso 解释道:“我们的大脑并非直接向肌肉发送信号,它会首先向位于脊髓中的细胞发送信号,这些细胞接收到信号后,再让肌肉运动。中风使得大部分脊髓细胞‘失灵’了。”

“所以来自大脑的输入信号很弱,而且即使这些神经元接收到强大的信号,这些信号仍然会被视为噪音。那么,我们如何改进这种情况,让这些信号再次被感应到呢?我们的想法是,不要从大脑入手,而是从脊髓入手,找到一个可替代的捷径。这样,我们就可以增加脊髓中细胞对弱信号的接收能力,同时过滤掉噪音,让他们更好地‘听到’这些信号。”Marco Capogrosso表示。

Marco Capogrosso接着解释:“具体来说,我们发现人体内有一种纤维叫做‘感觉冲动’,这些神经元通常被大脑用来感知运动,它们直接连接到肌肉。更重要的是,它们直接连接到主控肌肉运动的运动神经元。因此我们决定刺激这些感觉神经,如此一来,即使来自大脑的信号很弱,这些运动神经元也能很好地接收到任何信息。总体来看,我们的路径就是‘大脑—纤维感觉冲动—运动神经元—肌肉’。我们从神经外科学出发,旨在直接针对这些神经元,为其感知和传输信号提供更多方式。”

另一位研究专家、美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)教授Douglas Weber也在会上表示:“它的确为中风患者提供了一种新方式,即我们为患者提供了一个永久机会,此前我们总认为中风治疗必须在诸如6个月之类的一定时间内进行,此后患者要么变得更好,要么没有变化。而新疗法显示,患者将拥有一个永久植入系统,即使在他们绝望时,也有恢复的机会。”

“不过,我们的研究只邀请了两名参与者,还需在较大队列中进行进一步研究,以验证这一方法的安全性和有效性。”Douglas Weber说道。

 
 
 
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