脊髓损伤（SCI）是一种灾难性的创伤并发症，可导致感觉运动和/或自主神经功能的丧失（包括心血管、胃肠道、泌尿生殖系统以及呼吸功能障碍）。脊髓损伤及其相关并发症的治疗是多学科的，包括内科、外科和神经康复策略的结合。尽管医疗技术飞速发展，对SCI的创新辅助技术、细胞替代疗法、可植入聚合物支架和神经保护药物的研究仍未带来显著的功能康复和治愈。为了弥补脊髓损伤治疗中的这一空白，使用脊髓电刺激（SCS）来改善脊髓损伤后的运动和/或自主神经功能的研究日益突出。与神经康复治疗中要求患者保留一些运动能力（即运动不完全性损伤患者）不同，硬膜外脊髓电刺激（SCS）也被证明可以恢复运动完全性损伤患者的意志运动控制。SCS的益处不仅限于运动功能的恢复，还包括心血管、呼吸和泌尿生殖功能。
SCS发展历程
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1906：发现CPG（中枢模式发生器）理论；
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1965：Melzack和Wall提出“疼痛的闸门控制理论”；
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1967：Shealy将脊髓电刺激术用于治疗慢性疼痛；
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1968：第一台商用SCS设备；
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1973：偶然发现脊髓电刺激SCS对MS（多发性硬化症）患者运动功能的改善；
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1975：Dooley提出了经皮穿刺将电极植入脊髓背侧硬膜外腔的新方法；
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1981：首个完全植入式脊髓刺激系统，首个多触点电极发生器；
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1998：人类首次通过脊髓电刺激SCS刺激人体CPG；
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2011：SCS结合物理康复治疗实现运动完全性脊髓损伤患者的独立负重站立；
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2014：根据特定感觉任务提示进行的SCS；
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2018：首次报导SCS用于运动完全性脊髓损伤患者实现地上行走；
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2019：AI优化刺激参数选择；
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SCS在运动控制中的作用
1、激发运动相关的中枢模式发生器(CPG)环路，可以独立于大脑产生节律活动，诱发下肢类似行走的节律活动；
2、重新激活并利用了损伤平面以下完整的运动和感觉纤维，从而促进运动功能的恢复；
3、招募特定的本体感觉环路，选择性地激活运动神经元，最大限度发挥残存神经元的作用，从而重新实现皮质-脊髓、感觉-运动交通的能力。
SCS在自主神经功能中的作用
1、脊髓电刺激（SCS）对心血管系统起到了积极作用，包括维持血压和预防自主神经反射障碍，激活对血压极端变化的自主调节反应，激活同步神经网络中的传入压力感受器信号传导；
2、激活吸气肌、呼气肌和膈神经，激活本体神经网络通过对呼吸运动神经元的兴奋和抑制，驱动呼吸运动功能和呼吸感知，改善咳嗽反射和支气管分泌物的清除，改善吸气量和总肺活量，有利于呼吸功能康复；
3、通过刺激不同部位，可以改善膀胱储存、充血和排尿、失禁以及性功能等。
SCS治疗脊髓损伤
Chalif等通过检索MEDLINE/PubMed、Embase、Web of Science和IEEE Xplore数据库中对脊髓电刺激用于脊髓损伤的相关文献，共纳入了64项研究，入组总数为306人，患者年龄18～66岁，脊髓损伤（SCI）后时间15天到37年，脊髓损伤节段从C2到L1（主要集中在颈段和胸段）。对于研究中报告了脊髓损伤分级的入组患者中，最多的是AIS-A级（n=168），其次为AIS-B级（n=72），然后是AIS-C级（n=16）和AIS-D级（n=2）；另外，还有一篇文章报导了两名AIS-A/B患者和一名AIS-B/C患者。
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治疗方案
表1总结了SCS用于脊髓损伤患者治疗方案。以片状电极为主（n=41），针状电极相对少一些（n=21），另有2篇未说明电极类型。电极植入的最高节段是C4/C5区域，最低的是S2区域。电极植入最常见的位置是T11-L1水平。电极植入的位置在产生的疗效方面显示出一定的一致性，T9-T11用于肺功能，T11-L1用于意志运动控制和心血管功能，L1-S1用于泌尿生殖功能。在64项纳入的研究中，频率使用范围在0.2-400 Hz、脉宽150-1000µs，幅度在0.1-40 V/0.1-15 mA区间。刺激参数的优化设置也存在很大差异，包括在早期研究中寻找最佳的感觉异常覆盖和痉挛，测试各种参数并选择最佳反应参数，在个体层面通过持续评估刺激参数进行优化，使用康复训练进行时空优化，以及使用机器学习方法。
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表1
29项研究描述了物理康复治疗，其中16项研究招募了SCS植入前后神经康复训练的参与者，4项研究仅招募了植入前康复，9项研究仅招收了植入后康复治疗的参与者。
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治疗结果
表2总结了报告SCS后运动功能的研究。特定的运动评估包括辅助/独立站立或踏步（A/I）、体重支持（BWS）、肌电图（EMG）、步态分析（GA）、一般肌肉活动（GMA）、步行速度增加（IWS）、地上步行（OGW）、本体感觉、努力意识、痉挛、坐立运动（STS）和跑步机踏步/步行（TSW）。除Lu等人评估的四肢瘫痪个体的意志手运动功能（抓握和控制）外，其他所有研究都评估了下肢运动控制。EMG（n=38）和GMA（n=32）是最常用的运动评估方式。大多数研究报告称，所有参与者的辅助/独立运动都有所改善，包括站立、行走、体重支持和骑自行车。六项研究重新评估了干预后的ASIA等级，四项研究的得分有所提高：两项研究各报告了一名参与者从AIS-B提升至AIS-C；一项研究报告了从AIS-C提升至AIS-D；还有一项研究报告了8名患者从AIS-A级提升到AIS-C级，2名患者从AIS-A级到AIS-D级。四项研究报告了使用医学研究委员会肌力评分（MRC-Score）在SCS前后对单个肌肉群的运动强度进行神经学评估，作为AIS运动部分的一部分。值得注意的是，从完全SCI状态到不完全SCI状态的转变（例如，从AIS-A/B到AIS-C/D）代表了生活质量的显著提高，因为它可能与恢复对运动功能的自主控制、增强感觉感知以及减少对辅助技术或护理者的依赖有关。
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表2
表3总结了19篇病例/队列不重叠的文章，涉及78名患者A/I、BWS、GMA、IWS和OGW的这些非重叠队列的结果。44%的患者报告了成功的自主或独立行走或站立。所有具有BWS结果的研究都报告了BWS的降低（100%降低到0-60%），其中两项研究报告称，当SCS开启刺激时，独立行走/站立所需的BWS为零。开启SCS的GMA平均成功率为87%。其中有两项研究的GMA的平均成功率明显偏低（分别为14.3%和9.1%）；排除这两项研究，其余14项研究的GMA成功率可达到96%。可以接受OGW评估的患者（n=10）中，65%的患者报告行走速度加快，80%的患者OGW得到改善。
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表3
表4总结了SCS术后的自主神经功能结果。根据身体系统的自主神经功能结果包括心血管（血压、直立血压调节、心率、心功能和体积描记术）、肺（气道压力、呼气峰值流量、肺活量和呼吸道分泌物量）、胃肠道和泌尿生殖系统（肠功能、膀胱失禁、膀胱储存和排尿、性功能和尿动力学）。共有12项研究评估了SCS后的心血管功能、6项肺功能和7项泌尿生殖系统功能。除了其中三项非所有参与者均得到显著改善外，其他所有使用SCS后评估自主神经功能的研究都报告了结果的改善，如：改善膀胱功能，膀胱残余尿量，提高反射性排尿能力；改善直立性低血压、自主神经反射障碍患者的血压和心率；改善咳嗽反射、肋间肌募集、气流动力学和肺功能参数等等。其他研究结果还包括改善大脑中动脉（MCA）血流、身体成分、性功能以及生活质量。
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表4
讨论
SCS已成为改善脊髓损伤继发瘫痪患者运动、自主神经和泌尿生殖功能的一种新方法。
物理治疗和神经康复对植入SCS的脊髓损伤患者的作用不容小觑。在SCS植入前后，获得专门的神经康复治疗会显著影响治疗成功率，特别是在自主运动控制和独立运动方面。因此，需要根据脊髓损伤患者的具体情况（包括ASA分级和损伤程度）为其量身定制治疗计划和康复期望。
优化刺激参数对于SCS达到最佳治疗效果也至关重要，这需要进一步探索刺激频率、脉宽以及振幅。此外，确保精确的电极放置对治疗效果也起着关键作用。
参考文献：
Chalif JI, Chavarro VS, Mensah E, Johnston B, Fields DP, Chalif EJ, Chiang M, Sutton O, Yong R, Trumbower R, Lu Y. Epidural Spinal Cord Stimulation for Spinal Cord Injury in Humans: A Systematic Review. J Clin Med. 2024 Feb 14;13(4):1090. doi: 10.3390/jcm13041090. PMID: 38398403; PMCID: PMC10889415.
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