FES和SCS对脊髓损伤后神经恢复的作用比较

本文回顾了FES和SCS的发展历史,以及对二者使用方法的优缺点评判。



功能性电刺激(Functional Electric Stimulation,FES)是指对周围神经上的电极进行刺激,当外周神经分支进入肌肉时,这些电极会激活混合的周围神经,改善或恢复被刺激肌肉或肌群的功能。

脊髓刺激(Spinal Cord Stimulation,SCS)是指对植入椎管内硬膜外间隙或经皮放置在脊柱上方的电极进行刺激,常用于治疗疼痛等疾病。

FES与SCS的关键区别在于:FES电极位置靠近肌肉,而SCS电极位置更靠近脊髓。

越来越多的证据表明,在脊髓损伤(SCI)多年之后,也可能发生神经可塑性的改变,从而减轻患者残疾并改善健康状况。

回顾FES和SCS发展历史

1961年,Liberson等人针对由脊髓损伤、中风、多发性硬化症等导致大脑或脊髓损伤,进而导致偏瘫的情况进行了研究。他们研发了一种装置,在患者步态摇摆阶段对腓神经进行刺激,让脚抬离地面。这种治疗方法经过几十年的发展,已被广泛使用。该设备使用固定在神经上方皮肤上的电极或植入体内的电极。

而后,运动跑步训练(LTT)兴起。据报道,在慢性脊髓损伤患者中,LTT后的行走功能和肌肉特性有所改善。然而,2013年一项系统回顾得出结论:关于运动疗法有效性的证据有限。

Possover在4例脊髓损伤患者的运动训练中使用植入式神经假体,提供功能电刺激。经过12个月的训练,参与者的ISNCSCI评分得到了明显的改善。

人们发现,使用脚踏车(cycling)进行训练的简便性与安全性均高于支撑LTT训练。此后,开展了很多关于FES cycling的研究。研究发现,FES cycling对肌肉特性和心肺的帮助十分明显。

基于这些发现,FES已经成为临床上脊髓损伤后的标准护理方式。

研究人员设计了一款用于FES的基于虚拟现实(VR)的脚踏车。试验结果表明,在虚拟现实和生物反馈下,患者的恢复过程确实有更好的改善。

1967年,Shealy等人首次对SCS方法进行检测。目前,SCS作为一种使用慢性植入式刺激器治疗疼痛的临床疗法已经得到广泛的认可。

在20世纪70年代,人们开始注意到SCS对运动系统的影响。1984年,Dimitrievic提出SCS作为治疗脊髓损伤的一种方法。

而后,Carhart等人在脊髓损伤患者身上植入SCS电极,虽然患者的运动评分几乎没有变化,但患者的功能确实得到了改善。

FES与SCS使用方法

FES:采用表面电极、经皮刺激的方式简单易行,但某些部位不够明确,皮肤有刺痛感;肌内电极有针对性,但存在感染的风险;植入的外周电极有针对性,但需要大量的手术;手术植入前神经根只需要进行一次手术植入,但可选择性差。

SCS:椎管内硬膜外间隙刺激是一种较好的电极阵列和植入方法,但需要长期植入,且费用较高;经皮植入简单易行,但只有一个刺激通道,皮肤有痛感。

结论

对于慢性不完全脊髓损伤患者来说,通过FES和重复训练,可能有助于患者的神经恢复。对于运动性完全性脊髓损伤患者来说,SCS似乎是有效的长期干预措施,但目前还没有充分的证据表明它对神经可塑性的恢复作用。如果利用虚拟现实和生物反馈来刺激患者,神经可塑性的变化会更快。

参考文献:

Duffell Lynsey D.,Donaldson Nicholas de Neufvillle. A Comparison of FES and SCS for Neuroplastic Recovery After SCI: Historical Perspectives and Future Directions[J]. Frontiers in Neurology,2020.

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