對側(cè)控制型功能性電刺激在腦卒中偏癱康復(fù)中應(yīng)用與研究

陳沫，董璐潔，劉雅麗

腦卒中是目前危害人類健康的重要疾病之一，已成為僅次于心血管疾病排名第二死亡原因的疾病，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā)率、高經(jīng)濟負擔等特點[1]。偏癱是腦卒中后常見的并發(fā)癥。上肢功能障礙主要表現(xiàn)為屈肌痙攣、手指伸展無力，手掌不易打開和操縱物體困難。下肢功能障礙主要表現(xiàn)為伸肌痙攣、踝背伸無力、足下垂、行走低效或不安全，嚴重影響了患者日常生活活動能力。因此，促進腦卒中后患者運動功能的恢復(fù)有著十分重要的意義。神經(jīng)肌肉電刺激(neuromuscular electrical stimulation, NMES)是指通過預(yù)先設(shè)定的程序，利用低頻脈沖電流刺激周圍的神經(jīng)或者肌肉，誘發(fā)肌肉節(jié)律性收縮，從而改善或恢復(fù)運動功能。NMES是一種側(cè)重于引起肌肉收縮訓練的物理治療方法。功能性性電刺激(functional electrical stimulation, FES)是其中一種常用的作用于神經(jīng)肌肉的電刺激，其目的主要是通過預(yù)定的電脈沖序列，從而誘發(fā)肌肉運動，來完成規(guī)定的任務(wù)。FES能明顯改善腦卒中后患者的運動功能，已成為偏癱的主要治療方法之一[2]。腦卒中偏癱康復(fù)強調(diào)患者積極主動參與各項活動[3]。對側(cè)控制型功能性電刺激(Contralaterally Controlled Functional Electric Stimulation,CCFES)是一種創(chuàng)新的功能性電刺激療法，加強了患者的主動運動意識，主要通過采集健側(cè)手運動時的肌電信號，產(chǎn)生一定的電流強度，來控制刺激患側(cè)手時所需要的電刺激強度，刺激患側(cè)相同部位做類似運動。CCFES主要由Knutson[4]于2007年提出，通過采集來自健側(cè)肢體運動時的控制信號，反饋的引導(dǎo)FES裝置，從而調(diào)節(jié)對患側(cè)肢體的電刺激強度，刺激患側(cè)肢體相同部位，使其產(chǎn)生與健側(cè)肢體類似運動。本文旨在對CCFES的裝置、原理、優(yōu)勢以及在腦卒中偏癱康復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景展望進行綜述。

1 CCFES原理及治療方法

CCFES由刺激器、表面電極和感應(yīng)裝置三部分組成[5]。刺激部位一般是腕背伸肌群、踝背伸肌群、肘伸肌群。可根據(jù)不同的部位，一般是前臂、手或腿，選擇合適大小的表面電極；感應(yīng)裝置主要用于收集健側(cè)的肌電信號，有研究顯示穿戴式傳感器更有利于運動意愿信號的采集[6]。治療時，患者同時進行雙側(cè)肢體運動，當健側(cè)的感應(yīng)裝置肌電信號傳入時，CCFES治療儀可以根據(jù)健側(cè)收縮的不同強度，給予患側(cè)相應(yīng)強度的電刺激，從而讓患側(cè)產(chǎn)生與健側(cè)類似的動作。因此，CCFES治療時，患側(cè)的刺激強度與健側(cè)肢體的活動強度是成正比的，即當健側(cè)肢體活動強度越大，給予患側(cè)肢體的電流刺激強度也越大，患側(cè)肢體的被動運動幅度也就越大，且完全由健側(cè)肢體控制。

2 CCFES的作用機制

CCFES增加了健側(cè)肢體上的感應(yīng)裝置，用于采集健側(cè)肢體主動活動的肌電信號，更加強調(diào)患者的自主運動意識。其可能的機制如下：

2.1 意向性運動 CCFES治療時，要求患者主動收縮雙側(cè)肢體，讓大腦控制患側(cè)肢體。利用意向性運動的原則, 讓患者集中注意力于運動的肢體，盡自己最大的努力試著移動患側(cè)，同時去配合健側(cè)的移動。這樣患者的運動意向(中樞神經(jīng)活動)和刺激的運動反應(yīng)(周圍神經(jīng)活動) 最大程度的同步化，充分調(diào)動了患者的主觀能動性。這種成比例控制的同步化能促進突觸重塑和神經(jīng)重組，從而改善患側(cè)肢體的中樞控制[7-9]。

2.2 雙側(cè)同步運動 正常機體的大腦兩側(cè)半球通過交互性半球間抑制，維持大腦半球興奮與抑制的相互平衡。腦卒中會造成大腦興奮性的改變，表現(xiàn)為受損半球?qū)ξ词軗p半球興奮性的抑制減弱，解除抑制的未受損半球經(jīng)胼胝體對受損半球發(fā)揮較強的抑制作用，導(dǎo)致患側(cè)大腦半球抑制，而健側(cè)大腦半球過度興奮。這種興奮與抑制平衡的破壞嚴重影響了腦卒中患者的運動功能[10]。CCFES通過健側(cè)肢體控制電刺激強度，刺激患側(cè)相同部位，使雙側(cè)同時產(chǎn)生相似的動作。這種雙側(cè)同步運動可改善雙側(cè)的皮層活性，興奮患側(cè)半球，增強半球間去抑制，促進半球間興奮與抑制平衡的正常化[11]。這種去抑制也有可能促進了病變區(qū)域殘留神經(jīng)元組建新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[12]。同時雙側(cè)共同運動能募集和活化同側(cè)皮質(zhì)脊髓束[13]，通過共享健側(cè)半球指揮正常的運動，從而使大腦重組，改善運動功能。

2.3 運動想象機制 CCFES治療時，患者被提示患側(cè)模仿健側(cè)動作，去嘗試活動患側(cè)肢體和健側(cè)保持一致，產(chǎn)生較強的恢復(fù)患側(cè)運動控制的知覺，通過幻想提高了患側(cè)的存在意識。病人假想患側(cè)和健側(cè)一起做相同地運動，類似于運動想象、運動觀察、鏡像療法機制。Page等[14]研究發(fā)現(xiàn)，運動想象能夠激活雙側(cè)的額葉前區(qū)、運動前區(qū)、同側(cè)頂葉后區(qū)、輔助運動區(qū)、及尾狀核等部位。說明腦卒中患者可以通過運動想象部分活化損傷的運動網(wǎng)絡(luò)。CCFES將觀察、運動想象和模仿有機結(jié)合起來，可能與激活支配患側(cè)的運動神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，促進腦功能重組和運動功能的恢復(fù)有關(guān)[15-16]。

2.4 目標導(dǎo)向性任務(wù)訓練 CCFES通過健側(cè)肢體的運動來控制患側(cè)肢體的運動。因此，患者自己控制了患側(cè)肢體的運動范圍、速度、休息時間、持續(xù)時間，提高了患者的注意力，有利于練習目標導(dǎo)向的功能性任務(wù)或者較為精細的運動控制任務(wù)。通過健側(cè)手指控制CCFES裝置，促使患側(cè)手腕伸展，主動控制完成抓握動作。完成后再由健側(cè)手指控制裝置，促使患側(cè)手腕伸展，放下物體，進入下一個循環(huán)。下肢可以以電腦游戲為目標任務(wù)，健側(cè)信號傳入CCFES裝置，帶動患側(cè)共同運動。主動的(自我啟動的)、重復(fù)性地、目標導(dǎo)向性的、需要技巧的任務(wù)訓練對于激發(fā)腦卒中后大腦皮質(zhì)的功能重組和促進運動恢復(fù)非常重要[17-18]。

3 CCFES在偏癱康復(fù)中的應(yīng)用

3.1 CCFES對手功能的影響 手功能障礙是造成腦卒中患者殘疾的主要原因之一。Knutson等[2]對3例慢性期腦卒中患者(>6月)進行為期6周的CCFES治療，治療策略包括每天2h重復(fù)練習手部開放(每小時包括15min訓練+5min休息，3個循環(huán))的家庭訓練，加上每周2次執(zhí)行功能性任務(wù)(練習手指運動控制任務(wù)15min+刺激患手執(zhí)行功能性任務(wù)75min)的實驗室訓練。結(jié)果顯示其中2名患者的手指主動伸展活動度從基線到治療結(jié)束時提高，1個月時明顯提高。3名患者的手指等長收縮力矩、手指的運動控制及BBT得分從基線到治療結(jié)束時改善，1個月時改善明顯。但是3個月時改善效果減弱。為了研究CCFES的持續(xù)治療效果，Knutson等[19]又對3例慢性期腦卒中患者(>6個月)進行為期12周的CCFES治療，治療方法同前。結(jié)果顯示3名患者BBT和上肢Fugl-Meyer評分明顯提高，1個月和3個月均持續(xù)升高。這些結(jié)果提示CCFES對偏癱后手功能的恢復(fù)有積極的影響，且治療時間越長，效果更好。為了比較CCFES和NMES治療亞急性(≤6個月)腦卒中患者手功能損害后的效果，Knutson等[20]又進行了一項隨機對照研究，將21名患者隨機分成CCFES治療組和普通NMES治療組，兩組均接受為期6周的治療，治療方法同前。結(jié)果顯示治療結(jié)束時、治療后1個月及3個月，兩組各項評價指標均有改善，且經(jīng)過CCFES治療的患者各項評價指標均優(yōu)于經(jīng)過NMES治療的患者。暗示了CCFES的治療效果可能優(yōu)于NMES的治療效果。張文通[21]、沈瑩[22]研究也證實了這一觀點，認為CCFES能明顯提高早期腦卒中患者上肢功能，較NMES效果更佳。為了觀察CCFES治療慢性(>6月)腦卒中患者手功能損害的效果，Knutson[23]等將80名患者隨機分成CCFES組和NMES組，均接受12周的治療，結(jié)果顯示CCFES對提高患側(cè)手功能靈活度優(yōu)于NMES組。這些研究結(jié)果也暗示了CCFES療法的關(guān)鍵部分(配對的運動想象和運動反應(yīng)，雙側(cè)同步運動，想象療法，目標靶向任務(wù)訓練)有助于偏癱的治療。但是，目前有關(guān)于CCFES的研究相對較少，需要更大的樣本含量和更有力的研究證據(jù)支持這一結(jié)論。

3.2 CCFES對上肢功能的影響 許多腦卒中病人不僅有手功能障礙，也有伸肘困難。因此，上肢CCFES旨在改善患者手功能和伸肘功能障礙。相比于手CCFES，上肢CCFES增加了肘部伸肌群刺激，健側(cè)手臂多了個彎管感受器。其余均和手CCFES相同。Knutson等[24]對4例慢性期腦卒中患者(>6個月)進行為期12周的CCFES治療。在訓練過程中，患者被要求雙上肢佩戴支具來放松前臂，以防止肩疲勞和前臂不自主屈曲運動[25]。結(jié)果顯示4例患者的Fugl-Meyer評分、沃夫運動功能測試均有提高，手臂最大外展度數(shù)及同步肘外展和手指分離均有改善。提示CCFES能改善中重度偏癱患者上肢運動功能障礙。將來可能需要更大的樣本含量，以及隨機對照試驗與其他NMES治療效果作比較。

3.3 CCFES對踝功能的影響 腦卒中遺留有下肢功能障礙的偏癱患者不能行走的最主要原因可能是擺動相踝不能背伸。因此，改善患者自主踝背伸能力非常重要。Knutson[26]對3例慢性腦卒中患者(>6個月)進行為期6周的CCFES治療。治療策略包括每天家庭CCFES輔助下踝背伸1次，實驗室每周兩次踝控制訓練。結(jié)果顯示2位患者最大踝背伸角度增加了13°、17°，踝跟蹤(循跡)錯誤降低57%，F(xiàn)ugl-Meyer評分增加4～5分。提示CCFES 對促進踝功能損害的恢復(fù)有積極的作用。為了進一步比較CCFES與NMES治療偏癱患者踝背伸的效果，26名慢性偏癱患者(≥6月)隨機分成CCFES治療組和NMES治療組，兩組均接受6周的治療，治療策略同前。結(jié)果顯示兩組均能一定程度上改善下肢運動功能損害，但是兩組治療效果沒有統(tǒng)計學差異[27]。Knutson[27]認為其原因可能是：①正常人的雙下肢之間是反向協(xié)調(diào)[28-29]，而該項研究中CCFES是雙下肢同步作用。因此需要更多的CCFES應(yīng)用于反向協(xié)調(diào)的踝背屈訓練，即健側(cè)做足跖屈動作，患側(cè)產(chǎn)生足背曲動作。②通過給NMES受試者在電刺激治療同時施加踝背屈訓練，可能減少該組與CCFES組之間的差別。CCFES所倡導(dǎo)的成比例控制的運動意向，在NMES中可能通過增加同步運動達到相同目的，所不同的是刺激強度不由受試者自身控制。③急性或亞急性腦卒中患者比慢性腦卒中患者有更大的神經(jīng)可塑性潛力，因而會對該研究治療的效果感應(yīng)更好。張文通[21]把40例急性腦卒中患者(<1個月)隨機分成CCFES組和NMES組，結(jié)果表明兩組均對踝功能有改善作用，且CCFES組踝部的背伸主動活動度優(yōu)于NMES組。作者認為兩個研究結(jié)果差異的可能原因是急性期腦卒中患者對CCFES治療的敏感性更高。進一步深入針對急性、亞急性、慢性腦卒中患者的研究可能是將來的研究方向。

4 總結(jié)與前景展望

綜上所述，CCFES作為一種新的功能性電刺激療法，增加了健側(cè)肢體的感應(yīng)裝置，讓患側(cè)和健側(cè)同步運動，且由患者自己控制刺激強度和持續(xù)時間，將患者的主動意向與刺激運動反應(yīng)有機結(jié)合起來，強化了患者治療的注意力，更有利于進行功能性任務(wù)訓練。目前研究證據(jù)初步表明CCFES治療效果可能優(yōu)于傳統(tǒng)的神經(jīng)肌肉電刺激療法。此外，CCFES治療不要求患者有任何殘存的手或者踝的運動。而且設(shè)備簡便易攜帶、治療非常簡單，可以在其它臨床科室(如早期康復(fù))、家里自己操作，節(jié)省了治療師的時間。因此，CCFES在腦卒中偏癱康復(fù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)CCFES聯(lián)合手功能運動控制視頻游戲治療，能改善患者手的靈活度、上肢的運動功能，讓其更好的回歸社會工作[30]。今后可運用CCFES進行更加精細的運動控制任務(wù)。在常規(guī)CCFES訓練(可以注意力不集中)基礎(chǔ)上增加與多媒體VR交互的運動控制任務(wù)或游戲，以最大化地在CCFES介導(dǎo)的訓練中增加認知成分。CCFES運用于踝功能訓練時，雙側(cè)反向協(xié)調(diào)運動的CCFES也可能是未來的研究方向。也可以展開更多的刺激形式，背伸肌群聯(lián)合其他多組肌群接受刺激，更有效的促進功能的恢復(fù)。同時，CCFES也可以聯(lián)合重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)、經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,TDCS)等治療方法，進一步改善患者的運動功能。

但是，目前對CCFES 的研究尚處于初始階段，許多機構(gòu)正在進行大規(guī)模隨機對照臨床研究。關(guān)于CCFES對運動功能不同程度損害的治療效果，腦卒中后不同時期的干預(yù)效果、何時開始介入偏癱康復(fù)治療，每次治療的時間，以及治療需要持續(xù)多久都需要做進一步的研究。更加深入的研究需要我們進一步探索。

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