經(jīng)皮脊髓電刺激（transcutaneous spinal cord stimulation, tSCS）

經(jīng)皮脊髓電刺激是一種通過皮膚表面電極向脊髓背根傳遞低頻脈沖電流、實(shí)現(xiàn)神經(jīng)調(diào)控的非侵入性技術(shù)。

其核心原理是利用電流對脊髓背根神經(jīng)纖維的興奮性作用，激活脊髓神經(jīng)回路并重塑神經(jīng)可塑性，從而改善脊髓損傷（SCI）后的運(yùn)動(dòng)及自主神經(jīng)功能。

經(jīng)皮脊髓電刺激（tSCS）起源于19世紀(jì)，1982年Marsden證實(shí)經(jīng)皮電刺激可興奮脊髓神經(jīng)，2007年Minassian發(fā)現(xiàn)胸腰段后根刺激改變下肢反射，為其在脊髓損傷（SCI）康復(fù)應(yīng)用奠基。

相較侵入性硬膜外刺激（eSCS），tSCS因無需手術(shù)、安全性高、并發(fā)癥少更具臨床潛力，早期聚焦激活脊髓中央模式發(fā)生器誘導(dǎo)節(jié)律性運(yùn)動(dòng)。

2011年Harkema的植入式刺激研究推動(dòng)了非侵入性tSCS研發(fā)。

近十年研究顯示，tSCS聯(lián)合訓(xùn)練可改善SCI患者下肢站立步行、上肢功能，甚至使完全性癱瘓患者恢復(fù)功能，推動(dòng)神經(jīng)康復(fù)從 “代償” 向 “恢復(fù)” 轉(zhuǎn)變。

HUIYING

tSCS的原理機(jī)制

脊髓刺激的作用機(jī)制

背根傳入纖維激活與單突觸反射增強(qiáng)

tSCS通過皮膚電極激活脊髓背根大直徑有髓傳入纖維（如Ia纖維），其高興奮性使其優(yōu)先被激活并傳遞本體感覺信息。

Ia纖維經(jīng)單突觸連接興奮脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，增強(qiáng)單突觸反射。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)切斷本體感覺傳入后tSCS療效減弱，人類研究中tSCS可誘發(fā)后根-肌肉反射（PRM反射），證實(shí)背根傳入介導(dǎo)的神經(jīng)通路。

tSCS使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元基線興奮性增加

tSCS激活I(lǐng)a、Ib、II 類傳入纖維和 α 運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元

脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重組與中央模式發(fā)生器激活

脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具可塑性，tSCS通過持續(xù)刺激重塑連接，激活腰髓中央模式發(fā)生器（CPGs）。CPGs神經(jīng)元分布于腰髓中央管附近，其激活可誘導(dǎo)屈肌/伸肌節(jié)律性活動(dòng)，促進(jìn)步行恢復(fù)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示tSCS聯(lián)合訓(xùn)練重組脊髓固有通路，人類研究中胸腰段刺激改善SCI患者軀干穩(wěn)定性，提示其作用不限于下肢。

CPG介導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)制

上位中樞輸入增強(qiáng)與神經(jīng)可塑性促進(jìn)

tSCS提高脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性，增強(qiáng)對殘留上位中樞輸入（如皮質(zhì)脊髓束）的反應(yīng)性，使微弱信號重獲驅(qū)動(dòng)肌肉能力。猴子實(shí)驗(yàn)中頸部刺激增強(qiáng)上肢運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元敏感性，人類研究顯示頸腰聯(lián)合刺激增強(qiáng)皮質(zhì)脊髓通路激活。持續(xù)刺激可能通過長時(shí)程增強(qiáng)（LTP）誘導(dǎo)神經(jīng)可塑性，聯(lián)合訓(xùn)練療效可維持3-6個(gè)月。

自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)機(jī)制

tSCS通過激活脊髓自主神經(jīng)中樞調(diào)節(jié)交感-副交感平衡。動(dòng)物模型中其靶向膀胱、盆底肌神經(jīng)通路，改善逼尿肌功能；臨床研究顯示頸髓刺激可調(diào)節(jié)交感神經(jīng)輸出，改善SCI患者直立性低血壓，部分患者出現(xiàn)出汗及體溫調(diào)節(jié)恢復(fù)。

HUIYING

適應(yīng)癥與具體治療參數(shù)

核心適應(yīng)癥

1.脊髓損傷（SCI）患者

完全性損傷（AIS A）：研究顯示，tSCS聯(lián)合訓(xùn)練可使部分AIS A患者從完全癱瘓?zhí)嵘罜/D級，恢復(fù)下肢站立能力。

不完全性損傷（AIS B-D）：對AIS B-D患者，tSCS可改善下肢步行、上肢抓握等功能，尤其對運(yùn)動(dòng)功能嚴(yán)重受損者（如AIS B）有效。

2.運(yùn)動(dòng)功能障礙

下肢功能恢復(fù)：激活脊髓中央模式發(fā)生器（CPGs），誘導(dǎo)節(jié)律性運(yùn)動(dòng)，改善站立、步行能力。

上肢功能恢復(fù)：針對頸髓SCI四肢癱患者，提升握力及精細(xì)運(yùn)動(dòng)（如抓握），增強(qiáng)皮質(zhì)脊髓通路興奮性。

3.自主神經(jīng)功能障礙

膀胱控制：調(diào)節(jié)逼尿肌功能，減少過度活動(dòng)，增加膀胱容量。

心血管調(diào)節(jié)：改善直立性低血壓，降低自主神經(jīng)反射異常發(fā)生率。

刺激電極位置與對應(yīng)病癥

頸椎刺激：陰極置于C3-C4和C6-C7棘突中線，陽極置于雙側(cè)髂嵴或鎖骨遠(yuǎn)端。改善手臂和手部功能障礙（如癱瘓、無力、精細(xì)動(dòng)作喪失）。

胸腰椎刺激：陰極置于T11-L1棘突中線，陽極置于雙側(cè)髂嵴或臍周。改善姿勢、平衡，并可能調(diào)節(jié)心血管和呼吸功能。

骶段刺激：陰極置于Co1（尾骨），陽極置于髂嵴。骶段刺激：陰極置于Co1（尾骨），陽極置于髂嵴?；謴?fù)腿部運(yùn)動(dòng)功能（站立、行走）和改善盆腔器官功能（膀胱、腸道、性功能）。

電極放置位置示意圖

刺激波形與參數(shù)

波形：雙相脈沖（常用，1ms脈寬+ 10kHz載波，減少損傷），單相脈沖少用。

頻率/脈寬：運(yùn)動(dòng)功能30-50Hz、自主神經(jīng)0.5-1Hz；脈寬150-1000μs（常用210-500μs）。

強(qiáng)度：上肢40-120mA、下肢60-180mA，以誘發(fā)PRM反射或輕微收縮且無痛為閾值。

HUIYING

臨床實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證

下肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)研究

1.研究方法

多項(xiàng)研究采用tSCS聯(lián)合活動(dòng)- based訓(xùn)練的方案，干預(yù)對象為慢性SCI患者（損傷時(shí)間≥1年），損傷程度包括運(yùn)動(dòng)完全性（AIS A）和不完全性（AIS B-D）。刺激部位多選擇腰髓對應(yīng)皮膚區(qū)域（T11-L1），電極配置為陰極置于棘突中線，陽極置于雙側(cè)髂嵴。刺激參數(shù)通常為：頻率30-40 Hz，脈沖寬度210-1000 μs，強(qiáng)度從亞運(yùn)動(dòng)閾值逐步增加至誘發(fā)輕微肌肉收縮但不引起疼痛。訓(xùn)練方案包括減重步行、站立平衡訓(xùn)練等，每周3-5次，每次60-120分鐘，持續(xù)4-12周。

電極配置和脊髓電刺激誘導(dǎo)的肌電圖

2.研究結(jié)果

AIS A患者8周后8例升為C級、2例D級，下肢肌力增強(qiáng)，部分可輔助站立；5-50Hz刺激分別誘發(fā)下肢伸展/屈伸運(yùn)動(dòng)，8例AIS A-B患者出現(xiàn)類似步行肌電的節(jié)律性活動(dòng)。

有/ 無 刺激時(shí)步幅周期內(nèi)的平均肌電活動(dòng)

3.結(jié)論

tSCS聯(lián)合任務(wù)特異性訓(xùn)練可有效促進(jìn)SCI患者的下肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，尤其在站立平衡、步態(tài)協(xié)調(diào)和自主運(yùn)動(dòng)控制方面效果顯著。即使在運(yùn)動(dòng)完全性損傷患者中，tSCS也能通過激活脊髓殘留回路和促進(jìn)神經(jīng)可塑性，實(shí)現(xiàn)功能重建。

上肢功能恢復(fù)研究

1.研究方法

針對頸髓SCI導(dǎo)致的四肢癱患者，tSCS多作用于頸椎區(qū)域（C3-C4、C6-C7），陰極置于棘突中線，陽極置于髂嵴或鎖骨遠(yuǎn)端。刺激參數(shù)為：頻率30 Hz，載波頻率10 kHz，脈沖寬度1000 μs，強(qiáng)度根據(jù)患者耐受度調(diào)整（通常40-120 mA）。訓(xùn)練內(nèi)容包括抓握、捏取、上肢伸展等功能任務(wù)，結(jié)合tSCS同步進(jìn)行，每周3次，每次2小時(shí)，持續(xù)4-8周。

研究設(shè)計(jì)

2.研究結(jié)果

握力提高225%-325%，ARAT評分增加，部分患者恢復(fù)精細(xì)運(yùn)動(dòng)；fNIRS顯示頸部刺激增強(qiáng)初級運(yùn)動(dòng)/體感皮層激活及半球間連接。

經(jīng)皮脊髓刺激聯(lián)合強(qiáng)化訓(xùn)練使兩名癱瘓參與者重新獲得手指運(yùn)動(dòng)能力和捏力

刺激改善的手部功能可持續(xù)數(shù)月

3.結(jié)論

頸部tSCS對SCI后的上肢功能恢復(fù)具有積極作用，可改善抓握力量、精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制和日常生活能力。其機(jī)制可能涉及增強(qiáng)皮質(zhì)脊髓通路興奮性和促進(jìn)大腦半球間的功能重組。

自主神經(jīng)功能恢復(fù)研究

1.研究方法

針對膀胱、腸道功能障礙及心血管調(diào)節(jié)異常的SCI患者，tSCS多作用于胸腰段（T11-L1）或骶段（Co1），采用單極或雙極刺激。膀胱功能研究中，刺激參數(shù)為：頻率30 Hz，載波10 kHz，強(qiáng)度亞運(yùn)動(dòng)閾值，每次30分鐘，每日1次，持續(xù)2-4周。心血管調(diào)節(jié)研究中，刺激頻率多為0.5-30 Hz，強(qiáng)度根據(jù)血壓反應(yīng)調(diào)整。

A經(jīng)皮脊髓電刺激在腰骶膨大處的大致位置重建圖B.運(yùn)動(dòng)神經(jīng)池刺激后的時(shí)間窗。C. 經(jīng)皮脊髓電刺激時(shí)的誘發(fā)電位D. 脊髓刺激各部位右側(cè)肌肉的募集曲線

2.研究結(jié)果

膀胱過度活動(dòng)減少，容量增加；直立性低血壓改善（收縮壓110-120mmHg），自主神經(jīng)反射異常發(fā)生率降低。

3.結(jié)論

tSCS對SCI后的自主神經(jīng)功能障礙具有潛在治療價(jià)值，可改善膀胱控制、心血管調(diào)節(jié)等，提高患者生活質(zhì)量。其機(jī)制可能與激活脊髓自主神經(jīng)中樞和調(diào)節(jié)交感-副交感神經(jīng)平衡有關(guān)。

總結(jié)與展望

經(jīng)皮脊髓電刺激tSCS作為一種非侵入性神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，已在SCI康復(fù)中展現(xiàn)出顯著潛力。其核心機(jī)制包括激活背根傳入纖維、重組脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)上位中樞輸入及調(diào)節(jié)自主神經(jīng)功能。臨床研究證實(shí)，tSCS聯(lián)合任務(wù)特異性訓(xùn)練可有效改善SCI患者的下肢站立步行、上肢抓握控制及膀胱心血管功能，甚至在完全性癱瘓患者中實(shí)現(xiàn)功能重建。