等了 9 年，这种方法让中风患者成功恢复运动控制！Nat Med 最新研究迎来治疗新希望

导读

在全球范围内，25 岁以上的成年人中，有四分之一的人在一生中会经历中风，其中 75% 的人会在手臂和手的运动控制方面存在长期缺陷，严重限制他们的身体自主权，这将对个人和社会造成巨大的影响。这些运动缺陷持续存在的部分原因是目前的神经康复方法未能大幅减少上肢损伤。

慢性中风患者表现为典型的上肢运动综合征，源于皮质脊髓束 (CST) 的损伤，它破坏了皮层以及控制手臂和手运动的颈脊髓回路之间的连接。鉴于大多数情况下 CST 的损伤是不完全的，因此人们认为可以通过放大剩余 CST 的能力来恢复患者自主运动。

2023 年 2 月 20 日，来自匹兹堡大学和卡内基梅隆大学的研究人员在 Nature Medicine 杂志发表了题为 Epidural stimulation of the cervical spinal cord for post-stroke upper-limb paresis 的文章，发现一种刺激脊髓的神经技术——脊髓电刺激 (SCS) ，可立即改善中风患者手臂和手部的活动能力，使受中度至重度中风影响的人能够更轻松地进行正常的日常活动。

出乎意料的是，刺激的效果似乎比科学家最初想象的要持久，即使在移除装置后仍然存在，这表明它可以用作上肢恢复的辅助和恢复方法。事实上，刺激的直接影响使得能够进行高强度的体育锻炼，这反过来又可以在没有刺激的情况下导致更强大的长期改善。

图片来源：Nature Medicine

主要研究内容

颈椎 SCS 实现节段水平的肌肉募集

在本研究中，他们报告了一项正在进行的临床试验 (NCT04512690) 中前两名参与者的结果，该研究旨在收集颈椎 SCS 对慢性卒中后上肢麻痹患者运动控制影响的可行性和初步疗效数据。在这两例病例中，CST 的广泛损伤导致慢性上肢损伤。他们使用高清光纤跟踪进行了束成像分析，以比较受损半球和健康半球之间 CST 轴突的完整性，并发现两名参与者的 CST 均有严重的单侧损伤。

研究人员设计了一种手术方案，在 C4-T1 脊神经背侧根外侧植入两个线性电极。在植入过程中，他们用术中神经生理学监测指导手术放置，并验证了反射介导的肌肉反应可以在手臂和手的所有肌肉中获得。术中数据显示，两名参与者的 SCS 均具有明显的前尾节段特异性，单侧接触刺激会诱导三角肌和斜方肌的活动，而尾侧刺激接触则会招募手内肌。因此，在颈脊髓背外侧精确放置临床引线可根据预先存在的肌束图产生选择性肌肉激活，并且刺激可通过背根的感觉神经元传入激活运动。

图片来源：Nature Medicine

实施 SCS 后，手臂和手的力量立即改善

为了确定 SCS 是否会改善手部力量，他们要求参与者在单臂关节等距屈伸时施加最大的力，并比较了有或没有连续 SCS 靶向刺激关节肌肉产生的扭矩，结果发现第一位参与者肩部和肘部的屈伸力量持续增加，肘部的平均扭矩增加了一倍以上，并可以测量到腕屈扭矩的持续改善。

第二位参与者的损伤严重程度阻碍了对某些关节的评估。具体来说，她可以在肩部屈伸时产生可检测到的扭矩，并且肘关节屈曲扭矩与第一位参与者观察到的结果相似 (平均增加 40%)。

他们还使用手持测功机测试了等距握力，结果发现，SCS 使得第一位参与者的握力增加 40%，第二位参与者增加 108%，表明 SCS 可以增强手臂和手的功能。

图片来源：Nature Medicine

SCS 改善了手臂在平面接触时的运动控制

除了力量，他们还评估了 SCS 对手臂灵巧性和肌肉协同作用的益处。为此，两名参与者都使用一个机器人平台来支撑他们手臂的重量，执行平面到达和拉动任务。第一位参与者被要求达到不同的目标位置，以最大限度地主动肘关节伸展，因为由于屈肌协同作用的参与，这对参与者来说特别困难。在持续刺激过程中，第一位参与者能够成功到达所有靶点，而没有刺激时，她永远无法到达中心靶点。

由于第二位参与者的受损程度严重和为了减少患者挫败感，研究人员让她执行了一个更简单的任务，她被指示到达三条水平线中最远的一条。尽管概念更简单，但该任务评估了与第一位参与者相同的伸臂和拉臂运动学。在没有刺激的情况下，第二位参与者永远无法到达最远的线，但在刺激后，由于肘部伸展的促进，她在每次试验中都能到达最远的线。在刺激下，最大运动距离增加了 7.8 厘米，总运动时间缩短了 37%。

图片来源：Nature Medicine

SCS 的功能效益

最后，他们试图确定这些力量和控制方面的改善是否转化为功能性运动和日常生活活动中表现的改善。为此，他们根据损伤水平设置了个性化任务。他们首先评估了第一位参与者执行三维移动的能力，要求第一位参与者尽可能快地到达放置在两个不同水平面上的六个目标，这需要对抗重力的平面运动和向上运动。连续的 SCS 使她能够更快地到达目标，大约节约了一半时间。

最后，他们通过提供需要高技能和灵活性的动作来增加任务的复杂性，例如绘制螺旋，伸手拿起汤罐，用叉子吃饭和开锁等。结果表明，SCS 提高了她的整体灵活性，使她能够绘制图纸更流畅，能够达到、抓取和举起汤罐。SCS 还能使她具备精细运动技能，如开锁和操纵餐具独立进食。对于她来说，这些动作已经九年没有做到过了。

由于第二位参与者无法承受手臂的重力，他们使用临床批准的驱动外骨骼机器人进行了 3D 到达任务的调整，以在任务期间提供梯度辅助。在三个实验中，接受 SCS 刺激的第二位参与者在任务中更有效率，并且能够持续地达到更多的目标。

总之，这些来自临床试验研究的前两名参与者的结果表明，SCS 的辅助作用可能会使功能性运动和日常生活活动得到显著改善。

图片来源：Nature Medicine

结语

本研究通讯作者，匹兹堡大学神经外科助理教授 Marco Capogrosso 博士说：「得益于多年的临床前研究，我们已经开发出一种实用、易于使用的刺激方案，适应了现有的 FDA 批准的临床技术，可以很容易地转化到医院使用，使其迅速从实验室转移到临床。这为未来中风的治疗指明了令人兴奋的道路。」

图片来源：Reach Neuro 公司官网

展望未来，研究人员希望继续招募更多的试验参与者，以了解哪些中风患者可以从这种治疗中更多受益，以及如何针对不同的严重程度优化刺激方案。此外，由该研究团队创立的公司 Reach Neuro 也正在努力将这种疗法转化为临床应用。

题图来源：

https://www.eurekalert.org/multimedia/974709（Credit by Tim Betler, UPMC and the University of Pittsburgh Schools of the Health Sciences）

参考文献：

1. Powell, M.P., Verma, N., Sorensen, E. et al. Epidural stimulation of the cervical spinal cord for post-stroke upper-limb paresis. Nat Med (2023).

2. Rowald, A. et al. Activity-dependent spinal cord neuromodulation rapidly restores trunk and leg motor functions after complete paralysis. Nat. Med. 28, 260–271(2022).

3. Virani, S. S. et al. Heart disease and stroke statistics—2021 update: a report from the American Heart Association. Circulation 143, e254–e743 (2021).