基于ECAP反馈机制的胫神经闭环调控系统实现膀胱功能的精准控制

针对外周神经调控（PNS）中刺激参数依赖主观反馈导致的疗效不稳定问题，韩国浦项科技大学等团队开发了一种基于诱发复合动作电位（ECAP）反馈的闭环胫神经刺激（TNS）系统。通过植入式设备与柔性电极结合，该系统在动物模型中显著延长排尿间隔（较传统运动阈值刺激提升38%），为膀胱过度活动症（OAB）等疾病提供了精准、自适应的神经调控新策略。

　　

论文解读

背景与挑战
在神经调控领域，外周神经刺激（PNS）因其高可及性和直接调控器官的优势，逐渐成为高血压、膀胱功能障碍等慢性疾病的新兴疗法。然而，传统PNS依赖医生经验调整刺激参数，面临两大痛点：一是患者个体差异和生理状态波动导致疗效不稳定；二是缺乏实时反馈机制，可能引发过度刺激（如组织损伤）或治疗不足。以膀胱过度活动症（OAB）的胫神经刺激（TNS）为例，现有技术通过观察足趾震颤（运动阈值）确定刺激强度，但运动纤维（A_α）的激活阈值低于感觉纤维（A_δ/C），难以精准靶向调控膀胱的神经通路。

研究设计与技术方法
韩国浦项科技大学Sung-Min Park和Do Hwan Kim团队开发了全球首款基于ECAP反馈的闭环TNS系统。研究整合四大关键技术：1）植入式设备（含无线充电/通信模块）；2）柔性神经电极（GelMA离子凝胶涂层提升信号稳定性）；3）ECAP阈值算法（通过二阶导数分析神经激活增量）；4）膀胱内压（IBP）监测评估疗效。实验采用8只SD大鼠，对比运动阈值与ECAP阈值刺激的排尿间隔差异。

研究结果

阈值分析揭示神经纤维特异性
刺激强度测试（20-255μA）显示，运动阈值（94±2.2μA）显著低于ECAP阈值（117±4.5μA）。ECAP阈值的更高振幅表明额外神经纤维（如A_δ/C纤维）被激活，这些纤维直接参与膀胱感觉调控，而运动阈值仅触发A_α纤维。

ECAP反馈显著提升疗效
ECAP阈值刺激使排尿间隔延长38%（237.0±69.9秒 vs. 正常状态171.1±21.6秒），而运动阈值仅边际改善（179.2±20.2秒）。部分大鼠甚至出现短暂排尿抑制（压力升高但30分钟内恢复），证实ECAP调控可逆且无长期损伤。

植入设备验证长期稳定性
封装设备在体温度上升≤1.2℃，功率消耗86.8mW（全负荷）。柔性电极（GelMA MESH）在100%拉伸下电阻稳定，1000次充放电循环后电容保持率>95%，组织学显示植入2月无炎症反应。

自由活动动物验证临床潜力
在无约束大鼠中，ECAP阈值（71±2.2μA）仍高于运动阈值（48±2.7μA），且排尿间隔延长67%，证明系统在动态环境中的可靠性。

结论与展望
该研究首次将ECAP反馈引入PNS闭环控制，解决了传统方法依赖主观指标、疗效波动大的核心问题。其意义在于：1）为OAB提供精准治疗方案；2）柔性电极设计推动长期植入安全性；3）技术框架可扩展至迷走神经刺激（高血压）等其他PNS应用。未来需探索微创植入技术和人类临床试验，但本研究已为生物电子医学的精准化树立了新范式。

（论文发表于《Nature Communications》，通讯作者为Sung-Min Park和Do Hwan Kim）