《Nature Medicine》：Spinal cord stimulation for upper limb motor function in people with chronic post-stroke hemiparesis: a feasibility trial
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慢性偏瘫性手臂和手部功能障碍是卒中后的主要致残原因。遗憾的是，标准护理康复远未达到产生改善所需的高剂量。在此项可行性研究中，研究人员探索了使用颈段硬膜外脊髓电刺激（epidural spinal cord stimulation, SCS）辅助运动功能，并在无
慢性偏瘫性手臂和手部功能障碍是卒中后的主要致残原因。遗憾的是，标准护理康复远未达到产生改善所需的高剂量。在此项可行性研究中，研究人员探索了使用颈段硬膜外脊髓电刺激（epidural spinal cord stimulation, SCS）辅助运动功能，并在无需高剂量康复计划的情况下提供有意义的功能改善。本文报告了该试验的最终结果，旨在测试颈段SCS作为神经假体（neuroprosthetic）方法治疗慢性卒中后上肢偏瘫的安全性、可行性和初步疗效。研究人员为7名具有严重运动缺陷（Fugl-Meyer评估（Fugl-Meyer Assessment, FMA）评分15-35分）的受试者植入了两根导线，将其单侧植入颈段脊髓内，为期4周。未发生严重不良事件。在SCS开启状态下，无论损伤严重程度如何，运动功能均立即得到改善（平均力量增加32%，FMA评分增加5.6分）。值得注意的是，7名受试者中有3名保留了至手指肌肉皮质脊髓连接性的受试者在SCS下改善了手/手指运动。尽管仅进行了8.6小时的运动活动（其中5.5小时为SCS开启状态），但在研究结束时，受试者的平均FMA评分较基线增加了6.6分，且所有受试者的痉挛症状均有所减轻。虽然所有受试者均受益，但研究人员的初步分析表明，保留的感觉功能可能是对SCS反应性的决定因素。这些发现为颈段SCS治疗慢性卒中后偏瘫的安全性、可行性和有效性提供了初步证据，表明其作为一种完全植入式神经假体解决方案，在辅助日常生活上肢功能方面具有潜力。ClinicalTrials.gov标识符：NCT04512690。
论文解读：颈段脊髓电刺激治疗慢性卒中后上肢偏瘫的可行性研究
研究背景与意义
卒中是导致美国成年人手臂瘫痪的主要原因，每年约有40万人发展为慢性手臂轻瘫。受影响个体将恢复手臂和手部功能视为未满足的首要临床需求。卒中后，皮质脊髓轴突的丧失导致典型的偏瘫表现，其特征包括肌力丧失、灵巧度丧失、痉挛以及异常协同运动的侵入。尽管既往研究表明，高剂量运动康复（4周内100-120小时）可以改善这些症状，但临床实践中的康复剂量远低于此目标（4周内约7小时）。因此，大量研究工作致力于开发能够催化康复效果的神经调控技术。然而，大多数此类技术旨在通过调节训练期间的神经系统活动来诱导持久的治疗效果，即在刺激停止后仍能产生改善。相比之下，本研究旨在设计一种无需运动康复即可提供即时辅助性运动功能改善的干预措施。颈段脊髓电刺激（SCS）通过选择性激活投射至上肢运动神经元的背根传入纤维，能够立即促进自主运动。此外，SCS还具备长期的治疗效应，即在关闭刺激后仍能改善运动功能。基于此，本研究开展了一项首次人体临床试验，旨在前瞻性地表征硬膜外颈段SCS在慢性卒中后偏瘫中的辅助效应和治疗效应。该研究发表于《Nature Medicine》，旨在探讨SCS作为一种完全植入式神经假体，在辅助日常生活上肢功能方面的潜力。
研究方法概述
本研究（NCT04512690）是一项前瞻性、单组、开放标签的可行性临床试验。研究纳入了7名慢性卒中后偏瘫患者，其基线FMA上肢运动功能评分为15-35分。所有受试者均在颈段脊髓背侧硬膜外间隙植入一对8触点SCS导线，植入期严格限制在29天以内以符合非显著风险研究法规。在为期4周的植入期内，受试者接受每日运动评估，但未执行正式的高强度运动康复方案。研究人员系统性地校准了SCS参数，通过调整触点、幅度和频率，以实现对特定肌肉群的选择性激活。研究评估了即刻辅助效应（SCS开启与关闭的差异）、治疗效应（不同时间点SCS关闭状态的差异）以及有效改善（植入前基线与SCS开启状态的差异）。运动功能的量化指标包括最大自主收缩（MVC）力量、平面到达-拉动任务中的手臂运动学、改良阿什沃思量表（MAS）评估的痉挛程度以及FMA量表评估的临床运动功能。此外，研究人员还通过经颅磁刺激（TMS）和运动诱发电位（MEP）、体感诱发电位（SSEP）以及弥散加权磁共振成像（dMRI）的纤维追踪技术，评估了受试者的皮质脊髓束（CST）完整性及其对SCS反应的潜在预测价值。
研究结果详述
安全性（Safety）
在整个试验期间，研究人员记录了14起轻度不良事件，无中度或重度不良事件。除一起与呼吸急促相关的事件被归因于可能刺激到膈神经（位于C3-C4脊髓节段附近）外，其余事件均与试验无明确关联且迅速消退。这一发现促使研究人员修改了方案，避免在C3-C4脊髓节段进行高强度刺激。总体而言，SCS植入与刺激过程表现出良好的安全性。
SCS参数的系统性校准（Systematic calibration of SCS parameters）
研究人员通过记录募集曲线（recruitment curves），识别出能选择性靶向特定肌群（如三角肌、肱二头肌、肱三头肌等）的电极触点。随后，通过微调刺激幅度和频率，实现了对目标肌群的选择性激活。刺激幅度通常在2-3 mA（单极配置）或更高（多极配置）时产生最佳辅助效果，且常伴随感觉异常（paresthesia），但不会引起受试者不适。
SCS对力量的辅助效应（Assistive effects of SCS on strength）
SCS开启后，受试者的等距最大自主收缩（MVC）力量立即显著提升。具体而言，肩部屈曲、肘部伸展、肘部屈曲和握力的平均MVC力量分别增加了28%、35%、34%和55%。总体而言，SCS使各关节的平均MVC力量提升了32%。值得注意的是，这种力量的提升高度依赖于对脊髓节段的选择性激活。例如，针对C7节段的刺激可显著增强肱三头肌力量，而针对C5/C6节段的刺激则可能阻碍肘部伸展。这表明SCS通过选择性激活支配特定肌群的传入纤维来增强自主运动输出。
SCS对手臂灵巧度的辅助效应（Assistive effects of SCS on arm dexterity）
在平面到达-拉动任务中，SCS开启状态下的手臂运动轨迹变得更直、更平滑，表明灵巧度提高。所有受试者在至少一个目标方向上表现出运动学指标的改善。此外，对侧手臂的运动覆盖范围在SCS开启时减小，排除了由健侧肢体代偿溢出导致的改善。这种灵巧度的提升与力量增强相互独立，提示SCS在亚极量运动中独立地促进了不同的神经驱动模式。
SCS对异常协同运动的辅助效应（Assistive effects of SCS on abnormal synergies）
通过分析表面肌电图（EMG），研究人员发现SCS能够调节拮抗肌之间的共收缩。在到达阶段，肱三头肌和肱二头肌的肌电活动增强，而肱桡肌的活动受到抑制，这导致了拮抗肌激活比率（TRI/BR）的显著增加，即异常共收缩的减少。这种肌电模式的改变与运动平滑度的改善呈正相关，表明SCS通过调节单个关节周围的肌肉活动，减少了异常的协同运动模式，从而改善了手臂灵巧度。
SCS对运动障碍量表的影响：FMA与ARAT评分（Effects of SCS on motor impairment scales: FMA and ARAT scores）
在SCS开启状态下，受试者的FMA总分较关闭状态显著提高（平均增加4.57分），较基线提高5.57分。到第4周时，即使SCS关闭，受试者的FMA评分仍较基线提高了5.14分，表明存在持续的治疗效应。SCS开启相对于基线的有效改善达到6.57分。值得注意的是，第2周时即已达到第4周最大改善值的85%，说明短期内即可获得大部分功能增益。ARAT评分同样显示，第4周SCS开启状态下的评分较基线显著提高了4.83分。然而，导线移除后1个月的随访评估显示，FMA和ARAT评分较第4周SCS开启状态时有所下降，强调了持续使用SCS以维持最大疗效的重要性。
SCS对痉挛的影响（Effects of SCS on spasticity）
所有受试者基线时均存在手臂痉挛。在SCS开启后，6名受试者中有5名在至少一个肌群中表现出MAS评分的即刻降低，且超过最小临床重要差异（MCID）阈值。到第4周时，所有受试者在至少一个肌群中都经历了具有临床意义的MAS评分下降。这表明SCS在减轻痉挛方面具有强大的即刻辅助效应和持续治疗效应。
SCS反应性的潜在决定因素（Potential determinants of SCS responsiveness）
研究人员探讨了基线特征与SCS反应性之间的关系。结果显示，基线感觉功能（而非运动功能）可能是SCS反应性的更强决定因素。基线FMA感觉评分较高的受试者（“高反应者”）在FMA运动评分上的有效改善（+9.5分）显著高于感觉评分较低的受试者（+2.7分）。此外，皮质脊髓束（CST）的结构完整性（通过弥散张量成像FA值评估）与反应性之间未发现明确关联。然而，手部和手指运动的辅助性改善仅发生在那些保留残余手指运动或MEP阳性（MEP+）的受试者中。
功能性运动表现（Functional motor performance）
在模拟日常生活任务（如开锁、操作物体、三维抓取）中，受试者在SCS开启状态下表现出显著的性能提升。例如，部分受试者在SCS开启时能够成功完成罐头抓握转移任务，而在关闭状态下则无法维持抓握。这表明SCS带来的力量和灵巧度改善能够转化为实际的功能性运动表现。
讨论与结论总结
本研究最终结果表明，颈段脊髓电刺激（SCS）在治疗慢性卒中后上肢偏瘫方面具有安全性、可行性和初步疗效。研究证实，SCS能够在不引起不适的情况下，通过结合即刻辅助效应和长期治疗效应，显著改善运动功能和减轻痉挛，且最大疗效在SCS开启时实现。这为将SCS作为一种可按需在日常任务中使用的完全植入式神经假体系统提供了有力依据。
讨论部分指出，与其他旨在催化康复效果的神经刺激技术不同，SCS通过一种独特的机制立即缓解偏瘫症状。此外，SCS的反应性与基线感觉功能保留程度相关，而与初始运动障碍程度无关。值得注意的是，SCS对出血性卒中和缺血性卒中患者均有效，表明其对皮质脊髓束损伤的病因具有普适性。在痉挛治疗方面，SCS的效果优于传统的肉毒毒素注射或巴氯芬泵植入等标准疗法。
综上所述，研究人员得出结论：颈段SCS是一种可行的神经假体技术，可用于治疗卒中后偏瘫患者的运动功能障碍和痉挛。未来研究需在更大样本量和更长随访时间的随机对照试验中进一步验证其长期疗效，并探索其在真实世界中的应用价值。
