《Clinical Neurophysiology》：Maximal motor unit firing rates decline with amyotrophic lateral sclerosis progression
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肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者在疾病进程中，其神经肌肉系统功能的恶化如何量化监测？本研究通过高密度表面肌电图（HD-sEMG）分解技术，纵向追踪ALS患者胫骨前肌在最大自主收缩时运动单位的最大放电频率。结果显示，最大放电频率随时间显著下降（-0.32 Hz/月），并与肌肉力量（MRC评分）及整体功能（ALSFRS-R评分）的降低相关，甚至早于临床可测的肌力衰退。研究表明，最大放电频率分析比传统的双极表面肌电图（如RMS振幅）更为敏感，有望作为量化神经运动系统退化的新型临床生物标志物，为ALS疾病监测提供新工具。
肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）是一种残酷的神经退行性疾病，它会逐步侵蚀控制我们身体运动的大脑和脊髓中的运动神经元。患者通常会经历进行性的肌肉无力和萎缩，最终影响说话、吞咽、呼吸等功能。在对抗这种疾病的过程中，临床医生和研究人员面临着一个巨大挑战：如何精准、敏感地监测疾病的进展？目前，像修订版ALS功能评定量表（ALSFRS-R）和医学研究理事会（MRC）肌力评分这样的量表是评估疾病进展的主要工具，但它们依赖主观判断，且对早期细微的神经功能恶化不够敏感。因此，寻找能够客观、定量反映神经运动系统早期退化的生物标志物至关重要。
这正是《Clinical Neurophysiology》期刊上发表的这项研究试图解决的问题。它探究了一个核心指标：运动神经元的“放电频率”。运动单位是神经系统指挥肌肉收缩的最终通路，其放电频率反映了从大脑到肌肉的整个“神经驱动力”的强弱。当ALS破坏运动神经元时，这种驱动力的变化能否被捕捉到？研究团队提出，或许可以通过测量肌肉在全力收缩时运动单位的“最大放电频率”来量化这种神经驱动的衰退，这比评估中低强度收缩时的指标可能更敏感。
为了验证这一设想，研究人员采用了一项前沿的非侵入性技术——高密度表面肌电图（High-Density Surface Electromyography, HD-sEMG）。这项技术像一个精密的“神经信号监听阵列”，可以同时记录肌肉表面多个点的电信号，并通过复杂的分解算法，将这些混合信号分离成一个个独立运动单位的放电序列。这就好比从一场喧闹的音乐会录音中，清晰地分离出每一位乐器的演奏声。
在这项研究中，39名ALS患者（24名男性，平均年龄63±16岁）在长达约20周的间隔内，接受了最多5次的随访评估。研究人员将电极网格放置在患者的小腿胫骨前肌上，让他们进行最大等长踝背屈收缩。同时，由神经科医生评估其ALSFRS-R总分和MRC肌力评分，并将肢体分为有症状（MRC < 5）和无症状（MRC = 5）两类。通过HD-sEMG分解和后续分析，研究人员量化了每个运动单位在最大收缩时的峰值放电频率。他们排除了收缩最初1秒的数据以规避发力速度差异的影响，并采用支持向量回归（SVR）算法平滑放电轨迹，精准定位并分析每个运动单位在250毫秒窗口内的平均峰值放电率。此外，研究还分析了传统的双极表面肌电信号的均方根（RMS）振幅作为对照。统计分析采用线性混合模型等方法，以评估各指标随时间的变化及其与临床评分的关系。
研究结果层层递进，揭示了ALS进程中神经驱动力的衰退轨迹：
3.1.3. 最大运动单位放电频率随时间下降
结果显示，最大运动单位放电频率随时间显著下降（F = 61.93, p < 0.001），估计下降速率为0.32 Hz/月。这一下降趋势在有症状和无症状的肢体中都存在，且两者间无显著差异。这表明，运动神经元的最大放电能力衰退是持续发生的，甚至可能早于临床上明显的肌肉无力。
3.1.4. 最大运动单位放电频率与肌肉力量下降相关
探索性分析进一步表明，最大放电频率的下降与MRC肌力评分的降低显著相关（F = 17.04, p < 0.001）。估计每降低1个MRC等级，最大放电频率平均减少2.38 Hz。这表明放电频率的衰退与临床肌肉功能的恶化紧密平行。
3.1.5. 最大运动单位放电频率与ALSFRS-R下降相关
研究还发现，最大放电频率与ALSFRS-R总分的下降显著相关（F = 15.99, p < 0.001），估计ALSFRS-R每降低1分，放电频率减少0.54 Hz。针对下肢功能（行走和爬楼梯）的两个子项分析，也显示了相似的相关性。这证实了放电频率的衰退与患者整体功能的恶化同步。
3.2. RMS EMG振幅不随时间变化
与放电频率的显著变化形成鲜明对比的是，传统双极表面肌电的RMS振幅在最大收缩时并未显示出随时间变化的显著趋势（F = 3.00, p = 0.085）。这凸显了传统肌电振幅测量在捕捉ALS病理生理进程方面的局限性。
在论文的讨论和结论部分，作者深入阐释了这些发现的重要意义。他们提出了导致最大放电频率下降的三个可能机制：皮质脊髓投射的丧失导致兴奋性驱动减少、运动神经元内在兴奋性降低（如持续性内向电流PICs减少）、以及能够产生高放电频率的高阈值运动单位选择性丧失。重要的是，即使在临床肌力正常（MRC = 5）的“无症状”肢体中也观察到了放电频率的下降，这提示该指标比传统的MRC肌力评分更能敏感地捕捉到早期、细微的神经运动系统退化。这一发现与之前使用针极肌电图在临床强健肌肉中检测到神经源性变化的研究结果一致，但HD-sEMG能够无创地同时分析大量运动单位，提供了对整个运动神经元池完整性更具代表性的评估。
研究最终得出结论：使用非侵入性HD-sEMG分解技术，本研究表明ALS患者的个体运动单位最大放电频率随时间显著下降，其变化与整体功能（ALSFRS-R）的恶化平行，并且即使在肢体临床肌力仍正常时即可被检测到。这表明，最大运动单位放电频率比MRC评分等传统临床生物标志物更能敏感地反映早期神经运动系统退化。相比之下，RMS振幅未随时间变化，凸显了传统双极表面肌电图在监测疾病进展方面的敏感性不足。这些数据表明，最大放电频率分析有潜力作为ALS中神经运动系统完整性的量化临床生物标志物，未来可结合测力计等工具，为更客观地评估ALS进展和疗效提供新途径。
