脊髓电刺激手术治疗脊髓损伤瘫痪

随着现代社会节奏变快，交通事故、建筑事故以及运动外伤导致的脊髓损伤（Spinal cord injury,SCI）呈增长趋势。流行病学调查显示[1]，脊髓损伤发病率在全球范围内约(10.4-83)/100万，而北美地区每年脊髓损伤年发病率高达(27.1-83.0)/100 万，同时我国每年脊髓损伤的发病率约(13-60)/100万。所以美国约有40万SCI患者[2]，中国SCI患者已突破百万，并以每年12万的速度递增[3]。 SCI是全世界医学专家都在关注的医学难题，该损伤常造成不同程度瘫痪、大小便功能障碍，严重影响患者生活质量和社会活动能力。我院2011年1月-2013年12月共收治2565例SCI患者，住院期间并发症的发生率为36.49％，其中呼吸系统疾病占30．7％，是其最主要的死亡原因[4]。如何让这些存活下来的SCI患者早日恢复行走功能，一直是临床医生不断探索的医学课题。

2018年9月24日新英格兰医学杂志(The new England journal of medicine)发表一篇论文，报道了4名完全性脊髓损伤瘫痪2-3年的患者接受脊髓电刺激疗法（spinal cord stimulation，SCS）治疗，并坚持康复2年后均重新站立[5]。同年，自然医学杂志(Nature Medicine)也报道了一位29岁男性，瘫痪3年，经过22周训练后植入刺激电极，4周后可在支具(body-weight support system)和训练员帮助下跑步机行走，43周后靠手杖可在跑步机行走，65周后可在偶尔帮助下地面行走[6]。

    这两篇文章引起了美国巨大轰动，同时点燃了广大脊髓损伤患者的希望之火，也是脊髓损伤研究上一个阶段性的里程碑。同样对于中国拥有几百万脊髓损伤患者带来了重生的希望。  

脊髓损伤有几大特点：（1）住院时间长：大约在22-155d左右，住院时间越长，康复效果越好[7]；（2）并发症多：住院期间早期的并发症最常见的是呼吸系统并发症、水电解质平衡紊乱、消化道出血，麻痹性肠梗阻，其他并发症包括褥疮、泌尿系统并发症、下肢静脉血栓[8]，远期并发症有肌肉萎缩、骨质疏松骨折、关节畸形、疼痛等；（3）死亡率高：国外Liang[9]研究证实年龄是影响创伤性颈脊髓损伤患者死亡的危险因素。其中年龄>50岁患者是<50岁患者死亡风险的6.27倍。Alander等[10]对50岁以上的颈髓损伤患者进行随访,发现50岁以上患者早期死亡率(少于4个月)为23％，中位生存期(平均5.5年)则高达100％。Daneshvar等[11]研究显示,C4节段以上的损伤呼吸衰竭的发生率是C4以下患者的7.1倍。早期肺部感染、脓毒血症的发生率也较C4以下节段的高，这严重影响患者的生存质量和预期寿命。(4)花费巨大：美国每年与脊髓损伤相关的财政支出超过140亿美元，其中还不包括50亿美元的生产力损失，为脊髓损伤患者制订更好的治疗方案和管理模式，可以有效降低脊髓损伤患者的护理成本[12]，我国尚缺乏具体的费用数据；（5）治疗困难：脊髓损伤后，死亡的神经元不可再生，受损部位胶质瘢痕增生，新的轴突不能通过瘢痕组织以及损伤部位的慢性脱髓鞘等病理改变，导致损伤平面以下感觉和运动功能障碍很难恢复。

神经轴突再生与靶细胞形成功能性的突触连接，是脊髓损伤后运动和神经功能恢复的基础和目标。然而SCI损伤处胶质瘢痕通过机械性屏障作用会抑制轴突的再生及延长[13]，同时还通过压迫局部微血管，阻碍损伤部位血液的供应[14]，影响功能恢复。

20世纪80年代已证实，我国学者就研究发现，电针刺激可以抑制胶质疤痕形成，增强局部营养因子的表达，促进突触生长，改善神经元生长环境[15]。直流电阴性电极刺激能明显促进脊髓再生，其神经元计数、轴突计数、运动诱发电位(MEP)波幅明显多于或高于对照组[16]。我国学者使用督脉电针硬膜外刺激治疗后大鼠后肢运动功能有明显恢复，损伤区脊髓组织退变减轻，躯体感觉运动区内锥体细胞层及红核内的神经元密度增大，脊髓组织内GAP-43阳性神经元增多[17]。 

    脊髓损伤后，脊髓神经网络的基线兴奋性水平会显著降低[18]。因此，神经调节是指应用电刺激或药物调节提高基线兴奋性水平，以接近引发感觉及自主运动功能的运动阈值[19]。Grahn等[18]的研究表明，通过提高基线兴奋性水平和少量的本体感觉信息输人，患者可以产生自主运动。研究表明，脊髓损伤后65％以上患者的脊髓在解剖学上是连续的。但脊髓原发损伤后引发的继发性损伤，加重了损伤程度，扩展了损伤范围，是导致残余神经通路丧失功能、神经功能不可逆性损害乃至截瘫的重要原因[20]。脊髓损伤后损伤区域内仍有一定数量的神经元存活，但不能传导动作电位。硬膜外电刺激可激活受损的神经元，从而实现脊髓神经网络的重新连接[21]。

SCS以往是被作为治疗疼痛的方法，因为观察到其对改善多发性硬化患者的运动和感觉功能的益处，脊髓刺激的临床应用迅速扩大，脊髓损伤患者和多发性硬化患者脊髓刺激后的运动功能和膀胱控制可以得到改善。Capogrosso等[22]观察到脊髓损伤的灵长类动物的超阈值硬膜外刺激的运动改善。与超阈值刺激相反，亚阈值刺激不会立即引发运动，但可以让动物在诸如跑步机的辅助下执行运动。例如，Gad等[23]证明，亚阈值刺激可能通过放大大鼠脊髓中现有的反射活动在本体感觉存在的情况下诱导运动。Angeli等[24]对4例完全性和不完全性脊髓损伤患者进行硬膜外刺激，同时进行康复锻炼，患者自主运动、站立平衡及坐位躯干稳定性均得到改善，下肢肌电图信号也明显增强。该试验表明，脊髓内残余的神经网络可以被重新激活到功能状态，并产生下肢运动输出，在负重站立时，下肢传人信号与硬膜外电刺激协同调节脊髓运动回路，以实现对肌肉活动的意志控制。Angeli等[25]测试了在创伤性脊髓损伤后2.5-3.3年内单独运动训练后功能未能改善的4例患者，在有身体支撑及脊髓硬膜外刺激下进行运动踏步机训练。4例患者均达到独立站立和躯干稳定，其中2例[均为简明损伤定级(AIS)B级]在训练后能够用辅助装置在地上行走。该研究说明在脊髓损伤数年后通过强化训练和电刺激，行走、站立和躯干移动恢复的可能性。但是要进一步验证其有效性和地上行走的耐久性，需要对更大的脊髓损伤患者群体进行调查。Gill等[26]对脊髓损伤截瘫患者进行了为期43周的硬膜外电刺激的动态特定任务多模式康复(multi-modal rehabilitation，MMR)训练，43周内受试者实现在跑步机上独立踩踏并产生协调和稳健的脊髓运动输出，说明人类脊柱神经网络可以在脊髓损伤后数年内进行转化，达到生理状态。

    虽然硬膜外电刺激已证明能够用于慢性脊髓损伤的治疗，但其局限性仍然存在，如放置硬膜外电刺激阵列需要行椎板切除术或椎板切开术[27]。除了术后感染及恢复时间延长等风险外，由于切除了部分椎板，还可能出现脊柱畸形和不稳定等情况。至于何时放置硬膜外电刺激器至今尚无统一标准，鉴于早期电刺激对SCI有明显益处，笔者建议越早实施越好。另外，刺激参数必须根据个体和活动进行不断调整。这些问题均需要在临床工作中不断探索从而制定更加有效的个体化治疗参数。 

本文章由神经外科专家赵东升主任撰写，赵东升主任为原西京医院神经外科医生，现担任西安市红会医院功能神经外科副主任

门诊时间：周二上下午、周五上午  门诊三楼310

研究领域：昏迷病人促醒，脑干出血，脊髓损伤瘫痪，脑积水，脑肿瘤，脊髓肿瘤，脊髓拴系，脊膜膨出，脊柱裂，脊髓空洞，小脑扁桃体下疝畸形，大小便功能障碍，顽固性神经性疼痛，糖尿病足溃疡疼痛，各种神经损伤的治疗