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功能性电刺激治疗脑卒中及其机制探讨

功能性电刺激治疗脑卒中及其机制探讨. 燕铁斌 中山大学孙逸仙纪念医院康复医学科. Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com. 肌张力异常 肌张力降低 肌张力增高 肢体运动模式异常 协同运动 共同运动 躯体控制障碍 平衡与协调控制障碍 功能性活动障碍. 脑卒中后运动控制障碍表现. 阳性症状 ( positive symptom) 肌张力增高 腱反射增强 阵挛（重复性牵张反射释放） 屈曲反射释放(病理反射) Babinski 征 协同（共同）运动模式 （ mass synergy patterns）

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功能性电刺激治疗脑卒中及其机制探讨

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Presentation Transcript

  1. 功能性电刺激治疗脑卒中及其机制探讨 燕铁斌 中山大学孙逸仙纪念医院康复医学科 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  2. 肌张力异常 肌张力降低 肌张力增高 肢体运动模式异常 协同运动 共同运动 躯体控制障碍 平衡与协调控制障碍 功能性活动障碍 脑卒中后运动控制障碍表现

  3. 阳性症状(positive symptom) 肌张力增高 腱反射增强 阵挛（重复性牵张反射释放） 屈曲反射释放(病理反射) Babinski 征 协同（共同）运动模式（mass synergy patterns） 阴性症状(negative symptom) 手指的精细动作减少 肌肉无力 运动缓慢 吞咽障碍 选择性活动能力减弱 上运动神经元综合症表现

  4. 药物 营养神经，改善微循环 功能训练(functional training，motor control) 运动再学习(motor relearning program) 重复性训练(repetition) 强制性使用(constrain-induced movement) 物理因子治疗 声、光、电、磁等 低频电刺激近几十年来发展比较快 治疗脑卒中后运动障碍的方法

  5. Functional electrical stimulation, FES 属于低频电刺激和神经肌肉电刺激（neuromuscular electrical stimulation,NES）范畴 广义 凡是刺激神经肌肉的电刺激都可以称之为NES 狭义 低频脉冲电流（<1KHz,1～100Hz） 按照预先设定的程序 刺激结构完整的下运动神经元（一组或多组肌肉） 模拟功能性活动 提高肌肉功能或治疗神经肌肉疾患 （ Shefflerand Chae 2007） 功能性电刺激

  6. FES的特点 电极可以放在体表也可以植入到体内 心脏起搏器 膈肌起搏器 可以产生即刻的功能性活动,如 上肢瘫痪：产生即刻的抓握动作 下肢瘫痪：(截瘫,偏瘫)产生功能性行走 吞咽障碍：产生吞咽动作 尿失禁：膀胱收缩 9 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  7. 肢体瘫痪治疗 吞咽障碍治疗 膀胱控制治疗 10 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  8. 禁忌证 不能放置电极 颈动脉窦处 感染部位 孕妇的躯干部位 手术部位 恶性肿瘤部位 皮肤感觉缺损 对电极过敏的部位 • 脑损伤后肢体瘫痪 • 脊髓损伤后肢体瘫痪 • 儿童脑瘫后肢体瘫痪 • 膀胱直肠功能紊乱 • 呼吸功能障碍 佩带心脏起搏器 静脉血栓形成

  9. 1 2 3 治疗脑卒中急性期偏瘫下肢 治疗脑卒中急性期偏瘫上肢 治疗脑卒中吞咽障碍 临床随机对照研究

  10. 入选标准 大脑中动脉系统初发脑卒中 发病后２周内 年龄45～84 岁 发病前ADL自理 除外标准 病灶位于脑干或小脑 急性心肌梗死 装有心脏起博器 交流障碍 认知功能障碍 脑外科手术 发病前髋关节或膝关节手术 治疗急性脑卒中下肢瘫痪临床对照研究 研究对象 13 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  11. 技术路线：偏瘫下肢 No 是否符合入组标准 除外 yes 性质：出血／梗死 年龄：44～59岁， 60～80岁 性别：男／女 病程：<2周； 分层 Minimize分层随机软件分组 对照组 安慰刺激组 FES组 30min PT 30min OT 每天1次 每周5 天 共3周，15次 标准化治疗 第一次评定（治疗前） 住院治疗 综合痉挛量表 表面肌电图 站起走计时测试 第二次评定（治疗2周） 每天1次, 每次30min 每周5天,共3周,15次 FES组 第三次评定（治疗3周）

  12. 治疗组模拟正常的步态周期 ２台双通道FES通过转换器连接 电极位置 胫前肌、腓肠肌、股四头肌、腘伸肌 参数 30 Hz，脉宽 0.3 ms, 强度 20-30mA 时间 入院后３天内开始 30 min/ 天,5 天/周 x 3 周 安慰刺激 • 电极位置相同 • 没有电源输出 15 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  13. 评定 综合痉挛量表（Composite Spasticity Scale，CSS） 评定踝跖屈肌群肌张力 表面肌电图 评定踝关节背伸和跖屈时的最大等长收缩 （Maximum isometric voluntary contraction, MIVC) 站起-走计时测试（the timed up and go test） 评定平衡和步行能力 评定时间 治疗前 发病后８周 治疗１周后 治疗２周后 治疗３周后 随访 住院期间 16

  14. 结果 ３组对象一般资料比较 注： ３组之间比较， P=0.03。

  15. (c)踝背伸时表面肌电图协同收缩率降低(%) 治疗后1 　　治疗后2周 治疗后3 周 　发病后8周 10 FES组 # # • (a)踝背伸时增加力矩增加 • (%) 安慰刺激组 • (b)踝背伸时积分肌电图增加 (%) * 500 对照组 * # -20 600 * # * 400 -50 * 400 300 * * -80 * 200 200 # * # -110 100 # * 0 # # 治疗后3周 治疗后8周 治疗后1周 治疗后2周 0 治疗后1周 治疗后2周 　　　治疗后3周 　　　发病后8周 ３组背伸比较 a：力矩增加， b：胫前肌积分肌电图增加， c：协同收缩率降低。 *：P<0.05，#：P<0.01。

  16. 3周FES 治疗可以 延缓偏瘫下肢痉挛的发生及其发展 增加拮抗肌的收缩，降低痉挛肌的协同收缩 FES组较安慰刺激组和对照组早 2~4天恢复独立步行，FES组患者治疗 3周后均能行走 回归家庭 FES组84.6%，安慰组56.3%，对照组 41.7% 结论 Yan T, Hui-Chan CWY. J Rehab Med,2009, 41: 312-316 Yan T, Hui-Chan CWY, Li LSW. Stroke, 2005,36: 80-85. 燕铁斌，许云影，李常威..中华医学杂志，2006,86:2627-2631. 19 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  17. NEW YORK (Reuters Health) - Adding functional electrical stimulation (FES) to standard rehabilitation improves lower extremity function and walking ability in patients with a first acute stroke, new research shows. FES, which has been in use since the 1960s, involves the use of mild electric currents designed to stimulate the muscles. Previous reports have suggested an advantage for electric stimulation therapy over standard rehabilitation, but most studies investigating the issue have not been properly designed, Dr. Christina W. Y. Hui-Chan, from The Hong Kong Polytechnic University, and colleagues note. To address this issue, the researchers assessed the outcomes of 46 patients who were randomly treated with standard rehabilitation alone or in combination with either FES or fake "placebo" stimulation. Stimulation began a few days after the stroke and was given five days per week for three weeks. The researchers' findings appear in the American Heart Association's journal Stroke. Compared with the other two interventions, FES plus standard rehabilitation improved several measures of lower limb function. As noted, treatment with FES also improved walking ability. After treatment, all patients in the FES group were able to walk and 85 percent returned home. In contrast, the percentage of patients returning home in the other groups hovered around just 50 percent. While the results are encouraging, it is not clear that they can be generalized to all stroke patients because the study did not include all stroke categories or patients outside the 45- to 85-year-old age range, the researchers note. SOURCE: Stroke, January 2005. 路透社2005.1.7报道

  18. Yan T, Hui-Chan CWY. J Rehab Med,2009；41：312-316 Yan T, Hui-Chan CWY, Li LSW. Stroke, 2005,36: 80-85.

  19. 研究对象 入选标准和排除标准同下肢研究 治疗脑卒中急性期偏瘫上肢临床对照研究

  20. 技术路线 否 是否符合入组标准 除外 是 年龄：45～59岁， 60～80岁 性别：男／女 性质：出血／梗死 Minimize分层随机软件分组 分层 对照组 FES组 30min PT 30min OT 每天1次 每周5 天 共3周，15次 2组标准化治疗 第一次评定（治疗前） 1. MMT 2. FMA(上肢) 3.MAS 4.SEP 5.MBI 住院治疗 FES治疗 每天1次 每次30min 每周5天 共3周,15次 第二次评定（治疗2周） FES组 第六次评定（治疗后6个月）

  21. 电极放置位置 • 电极 • 一对（4cm×4cm）在患侧三角肌中部与岗上肌中部 • 一对（3cm×3cm）在患侧上肢前臂背侧近端1/3与1/2处 • 治疗时间：每天1次，每次30min，共3周（15次）

  22. 结果 2组一般资料比较 两组一般资料差异无统计学意义( P>0.05)

  23. 2组改良Ashworth量表（MAS）评分比较 注：治疗后与治疗前组内比较# P<0.05；FES组与对照组比较治疗，* P<0.05。

  24. 2组Fugle-Meyer（FMA）评分比较 注：治疗后与治疗前组内比较# P<0.05；FES组与对照组比较治疗，* P<0.05。

  25. 2组改良Barthel 指数（MBI）评分比较 注：治疗后与治疗前组内比较# P<0.05；FES组与对照组比较治疗，* P<0.05。

  26. 功能性电刺激可以 增强初发早期脑卒中患者偏瘫上肢的肌力，改善初发早期脑卒中患者偏瘫上肢运动功能。 提高初发早期脑卒中患者日常生活活动能力。 在停止治疗后，疗效仍可以持续较长时间（至少6个月）。 　结　论 Zinlin Lin, Tiebin Yan. Neurorehabilitation and Neural Repair, (submitted) 林子玲，燕铁斌.中国康复医学杂志,2010,25:152-155. 林子玲，燕铁斌. 中华物理医学与康复杂志,2009;31:663-666.

  27. 研究对象 入选标准和除外标准同肢体 改善脑卒中后吞咽障碍

  28. 治疗方法 1 2 3 常规药物治疗+肢体功能训练 电刺激组： 加VitalStim电刺激仪 冰刺激组：加 冰棉签刺激其咽部 • 频率：30~80Hz • 波形：双相方形 • 波幅：25mA • 波宽：700ms • 刺激强度为5~11mA • 每日1h，每周5次， • 共10~15次 用冰棉签刺激患者腭、舌根及咽后壁，并嘱其做空吞咽动作 每日2次，每次10~15min，每周5次， 共15次 31 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  29. 评定方法 标准吞咽评估（Standardized Swallowing Assessment，SSA） 最低18分，最高46分 分数越高，吞咽功能越差 血氧饱和度（arterial oxygen saturation，SaO2） 深圳产PC-60指式脉博血氧仪 32 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  30. 结果 表1 3组患者的一般资料 表2 3组患者治疗前、后吞咽情况比较 组内比较用t检验，与治疗前比较，a P<0.05 ； 组间比较用方差分析，治疗前3组SSA得分和SaO2降低值比较，P>0.05； 治疗后3组SSA得分和SaO2降低值比较，a: P<0.05,b:与电刺激组比较，c:与冰刺激组比较。 33 Dr.Yan@126.com www.gdrehab.com

  31. 3种治疗方法均能改善患者的吞咽功能 疗效依次为 神经肌肉电刺激、冰刺激、常规治疗 结果与结论 伍少玲，燕铁斌，马超，中华物理医学与康复杂志，2007， 29; 117-120 伍少玲，马超，郭友华等. 中华物理医学与康复杂志，2007,29: 537-539.

  32. 问题的提出 FES为什么能促进脑卒中患者肢体功能恢复 通过什么机制 神经可塑性（neuroplasticity） 如何找出证据 影像学 神经电生理 分子机制 其它？？

  33. 相关基础研究 Human being Animal study 对健康者fMRI研究 FES对脑可塑性影响 text4 对脑卒中fMRI研究 text5 对脑卒中患者SEP和MEP的影响 text6

  34. FES对健康者和脑卒中患者上肢运动功能影响的fMRI研究FES对健康者和脑卒中患者上肢运动功能影响的fMRI研究

  35. fMRI设计和扫描 采用组块设计:基于认知减法模式的“基线—任务模式” 每一任务组块持续24s，各组块之间插入24s控制任务 Cycle: 5次， t: 240s Volre: 8个动态，共80个动态，共可得到2000幅原始功能图。 活动 活动 活动 活动 休息 休息 休息 休息 休息 材料与方法-fMRI 活动

  36. FES刺激模式 波形为双向方波，频率30Hz，脉宽0.2ms 波升：波降＝1s：1s 电流强度取受试者耐受最大电流 FES预刺激 定位后，预先进行刺激，设置强度 FES刺激诱发右手及腕活动 避免主动伸腕拇外展 避免对侧（左侧）肢体活动 方法与材料-FES

  37. 结果 健康组和脑卒中组脑区激活表 健康组 患者 C：对侧半球，I：同侧半球，SMC：初级感觉运动区，S2：第二感觉区，PM：运动前区， SMA:辅助运动区；CMA:扣带回运动区， IPL:顶下小叶 ， PFC: 额前叶皮层， CRB：小脑

  38. 两组双侧SMC(初级运动感觉区)的激活体积与强度的比较两组双侧SMC(初级运动感觉区)的激活体积与强度的比较 对照组 脑卒中组 对照组 脑卒中组 脑卒中组 对照组 脑卒中组 对照组 体积 强度

  39. 两组双侧PM（运动前区）激活体积与强度比较 体积 对照组 脑卒中组 对照组 脑卒中组 强度 脑卒中组 对照组 脑卒中组 对照组 健康组较脑卒中组激活强度高，且有统计学差异（P＜0.05），同侧PM激活强度则显示小于脑卒中组趋势

  40. 健康者： 激活区集中在运动手对侧脑中央沟前后 脑卒中患者： 左基底节脑梗死 激活区除了对侧的感觉运动区SMC,还有同侧的运动前区PMC、前额叶PFC、顶下小叶IPL 健康者和脑卒中患者接受30minFES的刺激时在标准立体脑和脑切面的脑区激活图

  41. FES可以 激活与运动和感觉相关的多个脑区 促进脑卒中患者大脑重塑过程 损伤侧SMC的重建与两侧脑的兴奋平衡的重塑是运动功能恢复的重要预后因素 结论

  42. FES改善脑卒中偏瘫上肢功能SEP研究 研究对象和技术路线同前 两组一般资料

  43. 2组SEP(N-9)评分比较 注：治疗后与治疗前组内比较# P<0.05；FES组与对照组比较治疗，* P<0.05。

  44. 2组SEP(N-20)评分比较 注：治疗后与治疗前组内比较# P<0.05；FES组与对照组比较治疗，* P<0.05。

  45. 3周FES治疗可以 缩短脑细胞兴奋的潜伏期 增强脑细胞的兴奋性 FES增强脑细胞突触可塑性（synaptic plasticity）的证据 结论

  46. FES对脑卒中患者SEP和MEP的影响 研究对象 青年受试者 脑卒中患者 • 健康志愿者15例 • 平均22.9±0.7岁 • 既往无神经系统疾病史 • 体格和神经系统检查正常 • 愿签署知情同意书 • 初发脑卒中13例 • 病灶位于一侧大脑半球 • 40~80岁 • 一侧肢体偏瘫 • 无明显感觉及认知功能障碍 • 愿签署知情同意书

  47. 脑卒中患者 检测SEP N9 , N20的潜伏期和波幅 各刺激点的潜伏期和波幅 检测MEP 安慰刺激组5例 FES组8例 30min FES治疗 30min 安慰刺激 再次检测SEP和MEP 8

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