脊髓損傷患者的經(jīng)皮脊髓電刺激與運(yùn)動(dòng)反應(yīng)方法學(xué)綜述

經(jīng)皮脊髓電刺激（tSCS）是一種非侵入性的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，通過在皮膚表面放置電極，利用電流刺激脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而誘發(fā)或調(diào)控運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。它被認(rèn)為不僅有助于深入理解脊髓中間神經(jīng)元的功能，還能為脊髓損傷（SCI）等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的康復(fù)提供新途徑。其作用機(jī)制主要基于對(duì)脊髓后根感覺傳入纖維的優(yōu)先去極化，由此引發(fā)的運(yùn)動(dòng)反射反應(yīng)被稱為后根-肌肉（PRM）反射或多節(jié)段單突觸反應(yīng)（MMR）。與直接刺激運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的傳統(tǒng)技術(shù)不同，tSCS被認(rèn)為通過單突觸或少突觸通路進(jìn)行跨突觸傳遞，從而調(diào)節(jié)脊髓網(wǎng)絡(luò)的興奮性，可能激活中樞模式發(fā)生器（CPG）和脊髓固有系統(tǒng)（PSS），降低運(yùn)動(dòng)沖動(dòng)傳播的閾值，為慢性癱瘓患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)帶來希望。

盡管一些初步研究報(bào)道了tSCS在改善慢性SCI患者下肢、軀干和上肢功能方面的積極案例，但該領(lǐng)域仍處于早期探索階段。目前，在刺激參數(shù)（如電極配置、劑量）、實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果測(cè)量（尤其是表面肌電圖，EMG）方面缺乏共識(shí)，存在巨大的方法學(xué)異質(zhì)性。此外，現(xiàn)有研究的證據(jù)質(zhì)量普遍不高，樣本量小且異質(zhì)性強(qiáng)，限制了得出明確結(jié)論的可能性。因此，系統(tǒng)性地評(píng)估現(xiàn)有研究的方法學(xué)，總結(jié)當(dāng)前使用的參數(shù)，并指出未來研究的標(biāo)準(zhǔn)方向，對(duì)于推動(dòng)tSCS的臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。
 

論文摘要

本系統(tǒng)性綜述旨在方法學(xué)層面評(píng)估使用tSCS在脊髓損傷（SCI）個(gè)體中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的研究，并對(duì)納入試驗(yàn)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)檢索了截至2021年5月發(fā)表在EMBASE、Medline (Ovid)和Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中的文獻(xiàn)。經(jīng)過篩選，最終納入了25項(xiàng)符合標(biāo)準(zhǔn)的研究，并將其分為兩類：用于反射反應(yīng)神經(jīng)生理學(xué)研究的tSCS（9項(xiàng)）和用于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)治療性研究的tSCS（16項(xiàng)）。

研究結(jié)果顯示，根據(jù)Downs and Black質(zhì)量檢查表，納入研究的整體證據(jù)質(zhì)量被評(píng)為“差至一般”（平均得分10.5 ± 4.9，滿分32分）。方法學(xué)上存在顯著異質(zhì)性，尤其是在刺激參數(shù)和結(jié)果測(cè)量方面。神經(jīng)生理學(xué)研究多使用單次或成對(duì)脈沖、低頻率（如0.1-1 Hz）和特定的電流強(qiáng)度（如基于運(yùn)動(dòng)閾值設(shè)定），以誘發(fā)和分析PRM反射。而治療性研究則傾向于應(yīng)用持續(xù)的脈沖串，頻率在5-30 Hz之間，常結(jié)合載波頻率（2.5-10 kHz），并與物理治療、 treadmill訓(xùn)練等康復(fù)活動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，電流強(qiáng)度可達(dá)210 mA（頸椎區(qū)域）。電極配置、位置（如針對(duì)下肢多刺激T11-T12/L1-L2）和參與者體位也各不相同。表面肌電圖（EMG）是主要的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)評(píng)估手段，但其記錄、處理（如濾波去除刺激偽跡）和歸一化方法在各研究間報(bào)告不一致且常常缺乏細(xì)節(jié)。

研究方法

本研嚴(yán)格遵循系統(tǒng)綜述和Meta分析首選報(bào)告項(xiàng)目（PRISMA）指南。檢索策略廣泛覆蓋了“脊髓刺激”、“脊髓損傷”和“運(yùn)動(dòng)反應(yīng)”等相關(guān)術(shù)語，在EMBASE、Medline (Ovid)和Web of Science三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行系統(tǒng)性檢索，截止日期為2021年5月31日。文獻(xiàn)篩選由兩名評(píng)審員獨(dú)立完成，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的PICO模型資格標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行，通過標(biāo)題、摘要和全文三級(jí)篩選，最終確定納入研究，一致性較高（Cohen’s Kappa = 0.88）。
 
納入研究的質(zhì)量使用Downs and Black (D&B)檢查表進(jìn)行評(píng)價(jià)，該工具適用于評(píng)估非隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，涵蓋報(bào)告、內(nèi)部有效性（偏倚和混雜）、外部有效性和統(tǒng)計(jì)功效五個(gè)方面。數(shù)據(jù)提取采用標(biāo)準(zhǔn)化表格，內(nèi)容涵蓋研究類型、樣本特征、干預(yù)參數(shù)、結(jié)局測(cè)量、EMG數(shù)據(jù)收集與處理以及安全性事件。特別地，為了便于跨研究比較差異巨大的刺激參數(shù)，本研究明確定義了關(guān)鍵刺激參數(shù)（如表2所示），并嘗試計(jì)算了脈沖電荷、電荷密度、均方根電流等通用電氣特性。由于研究間方法學(xué)和結(jié)局測(cè)量的異質(zhì)性，未進(jìn)行Meta分析，而是進(jìn)行了描述性的定性綜述。
 
在實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面，多項(xiàng)納入研究提到了使用專業(yè)的肌電采集設(shè)備。值得注意的是，部分研究（如Hofstoetter等人的研究）使用了來自O(shè)TBioelettronica (Italy)的Quattrocento。軟件采集系統(tǒng)等，采樣頻率在1,000至10,000 Hz之間。
 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在納入的25項(xiàng)研究中，共涉及173名SCI參與者。神經(jīng)生理學(xué)研究樣本量相對(duì)較大（平均10人），而治療性研究樣本量較�。ㄆ骄�5人）。參與者涵蓋了廣泛的年齡、損傷節(jié)段（C1-L2）和損傷程度（AIS A-D）。

刺激參數(shù)與配置：
 
電極配置差異顯著。陰極多置于脊柱背側(cè)中線或椎旁（T11-L2區(qū)域針對(duì)下肢），陽(yáng)極則多置于下腹部或髂前上棘。治療性研究更常使用多個(gè)節(jié)段同時(shí)刺激。在電氣劑量上，神經(jīng)生理學(xué)研究使用低頻率（~1 Hz）單/雙脈沖，電流通常在100 mA以下，多采用1 ms脈寬的矩形單相波。治療性研究則使用連續(xù)脈沖串（5-30 Hz），電流強(qiáng)度更高（最高210 mA），并普遍使用載波頻率（2.5-10 kHz），但其理論依據(jù)并不明確。計(jì)算出的最大電荷密度在神經(jīng)生理學(xué)研究中為1.8-53 μC/cm²，治療性研究中的均方根電流密度則為0.1-11.6 mA/cm²，后者有一例因小電極面積和高電流而超過安全參考值。
 

EMG記錄與結(jié)果測(cè)量：
 
EMG記錄了來自下肢、上肢和軀干的共28塊肌肉。僅少數(shù)研究（8項(xiàng)）詳細(xì)報(bào)告了皮膚準(zhǔn)備、電極類型和間距等EMG采集細(xì)節(jié)。刺激偽跡是主要挑戰(zhàn)，部分研究采用了帶通濾波、巴特沃斯濾波或線性自適應(yīng)濾波等方法處理，但許多治療性研究未明確報(bào)告去偽跡措施。在結(jié)果處理上，神經(jīng)生理學(xué)研究主要分析誘發(fā)反應(yīng)的峰峰值、潛伏期及配對(duì)脈沖抑制（PAD）等。治療性研究則采用了多達(dá)30種不同的功能結(jié)局指標(biāo)（如關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、步態(tài)參數(shù)、力量、AIS評(píng)分等），但對(duì)動(dòng)態(tài)EMG信號(hào)進(jìn)行振幅歸一化的研究很少，多數(shù)僅展示原始或整流后的示例波形，限制了結(jié)果的定量比較和跨研究整合。

安全性與研究質(zhì)量：
 
僅7項(xiàng)研究明確報(bào)告了不良事件，包括皮膚發(fā)紅、排尿反射激活、輕微頭暈、惡心等，均報(bào)告為短暫且不嚴(yán)重。質(zhì)量評(píng)估顯示，所有研究在外部效力和統(tǒng)計(jì)功效上得分普遍較低，多數(shù)研究設(shè)計(jì)為非隨機(jī)、非盲法，且缺乏安慰劑對(duì)照。
 

總結(jié)與展望

本綜述揭示了當(dāng)前tSCS在SCI領(lǐng)域研究的方法學(xué)多樣性與證據(jù)基礎(chǔ)的局限性。盡管初步結(jié)果令人鼓舞，證明了tSCS在神經(jīng)生理探查和運(yùn)動(dòng)康復(fù)中的可行性，但研究質(zhì)量的“差至一般”水平、刺激參數(shù)的巨大異質(zhì)性以及EMG測(cè)量與報(bào)告的不規(guī)范，使得難以確定最優(yōu)方案并得出確證性結(jié)論。

未來研究亟需在以下方向取得突破：首先，必須進(jìn)行旨在優(yōu)化參數(shù)的高質(zhì)量研究，系統(tǒng)探索電極配置、極性、刺激模式（如載波頻率的必要性）對(duì)不同運(yùn)動(dòng)結(jié)局的影響，并建立個(gè)體化的參數(shù)選擇策略。其次，需要標(biāo)準(zhǔn)化方法學(xué)，特別是EMG的記錄、處理（尤其是刺激偽跡的有效去除）和歸一化流程，以允許跨研究和跨中心的定量數(shù)據(jù)比較與整合。最后，應(yīng)提升臨床試驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，包括采用更大的樣本量、隨機(jī)對(duì)照設(shè)計(jì)、恰當(dāng)?shù)拿しê桶参縿┐碳ぃㄈ?Sayenko 等人所做的嘗試），并詳細(xì)報(bào)告招募流程與不良事件，以構(gòu)建關(guān)于tSCS安全性、有效性和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用的堅(jiān)實(shí)證據(jù)體系。

總之，tSCS作為一種有前景的非侵入性神經(jīng)調(diào)控工具，其潛力的充分發(fā)揮依賴于方法學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性與一致性。只有通過高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的研究，才能將其從探索性技術(shù)轉(zhuǎn)化為脊髓損傷康復(fù)中可靠、有效的臨床干預(yù)手段。

原文鏈接

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0260166

研究團(tuán)隊(duì)介紹

本研究由愛爾蘭都柏林大學(xué)圣三一學(xué)院一支多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)完成。通訊作者Clare Taylor（解剖學(xué)系）與Conor McHugh共同主導(dǎo)了研究的篩查、數(shù)據(jù)提取與質(zhì)量評(píng)估。Conor Minogue（生物醫(yī)學(xué)工程中心）與Richard B. Reilly教授（生物醫(yī)學(xué)工程中心）在研究方法設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析上提供了核心工程學(xué)與神經(jīng)科學(xué)支持。Neil Fleming博士（醫(yī)學(xué)院）作為資深作者，負(fù)責(zé)項(xiàng)目總體構(gòu)思、監(jiān)督與最終審閱。團(tuán)隊(duì)還得到醫(yī)學(xué)圖書館專家David Mockler在系統(tǒng)性檢索策略上的專業(yè)支持，確保了研究的全面性與嚴(yán)謹(jǐn)性。該團(tuán)隊(duì)整合了解剖學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程及信息科學(xué)等多領(lǐng)域?qū)ｉL(zhǎng)，共同完成了這項(xiàng)對(duì)經(jīng)皮脊髓電刺激方法學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估的重要綜述。此外，研究獲得了顛覆性技術(shù)創(chuàng)新基金（DT-2018-0128）的資助。

 
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