美国科学家“重燃”失灵脊髓细胞，改善两名中风患者上肢肌力不足

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。

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。

患者头端接触的单极刺激引起了肩部和斜方肌的活动，尾端接触则牵动了内在手部肌肉的互动。图片来源：Nature Medicine

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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