冲击式局部肌肉振动联合神经肌肉电刺激对脑卒中后上肢痉挛的即刻效应：一项初步研究

《Bioengineering》：Focal Muscle Vibration Combined with Electrical Stimulation for Post-Stroke Upper Limb Spasticity: A Pilot Study

　　

专业术语翻译摘要： 脑卒中后上肢痉挛是一种常见病症，其特征为肌张力增高，可干扰康复训练、限制功能活动，并给患者及照护者带来沉重负担。目前的治疗方法，包括药物、注射及物理治疗，往往疗效有限或存在副作用。尽管已有部分证据支持局部肌肉振动（focal muscle vibration, FMV）和电刺激可分别单独用于减轻痉挛，但两者联合应用的获益尚不明确。本初步研究探索了FMV联合电刺激对脑卒中患者指屈肌痉挛的即刻效应，旨在筛选出能够即刻降低肌张力增高的FMV、神经肌肉电刺激（neuromuscular electrical stimulation, NMES）及经皮神经电刺激（transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS）的组合方案。研究人员对5例脑卒中幸存者在重复试验（共804次试验）中评估了48种不同条件，涉及FMV（冲击式与非冲击式）、NMES（35 Hz与100 Hz）及TENS，分别单独或联合施加于前臂痉挛肌或拮抗肌。每次干预持续10 s，并在每次刺激前后立即采用改良Ashworth量表（Modified Ashworth Scale, MAS）评分。在调整受试者因素的多项式模型中，冲击式FMV联合NMES（尤其是100 Hz）产生了最大的MAS评分即刻降低效应，其将MAS降至0或1的可能性高于单独冲击式FMV；对于100 Hz联合方案，该效应在全部5例受试者中均得到观察。相比之下，非冲击式FMV及单独TENS疗效有限，无变化概率较高。这些初步发现表明，在测试条件下，冲击式FMV联合NMES可即刻降低指屈肌肌张力增高。仍需在更大样本、设盲的研究中，采用更长的刺激及随访时间予以确认，以确立其疗效。

论文解读文章

一、研究背景与问题

脑卒中后上肢痉挛是常见的并发症，典型表现为肘、腕及手指屈肌的肌张力增高（hypertonia）。该病症限制关节活动范围，干扰康复干预，严重时可影响功能活动与自理能力，导致关节挛缩、疼痛与疲劳，并给照护者、经济及医疗系统带来沉重负担。痉挛被定义为一种运动障碍，其特征为牵张反射的张力依赖性增强及腱反射亢进。其病理机制被认为源于大脑皮层及内囊区卒中导致上位脊髓抑制作用的丧失，使脊髓中间神经元抑制通路（包括交互抑制、突触前Ia抑制、Ib非交互抑制及Renshaw细胞抑制）功能失衡，网状结构（reticular formation, RF）通过背侧网状脊髓束（dorsal reticulospinal tract, dRST）对肌张力的调节作用丧失，内侧网状脊髓束的易化作用失去对抗，从而导致痉挛性偏瘫。

流行病学数据显示，17%至43%的脑卒中幸存者会发展出痉挛，且上肢痉挛较下肢更为常见和严重。现有治疗手段包括牵伸、负重、夹板固定、口服抗痉挛药物（如巴氯芬、丹曲林或替扎尼定），但疗效常有限，口服药物可能引起镇静或认知损害等副作用。神经肌肉注射治疗（如肉毒毒素或苯酚）虽普遍有效，但效果存在日间波动，约3个月后消退，需重复注射且多次后疗效下降。植入式鞘内巴氯芬泵仅适用于重症患者，缺乏特异性，需神经外科手术及每6至12周经皮泵注补充。因此，临床仍亟需简便有效的痉挛缓解方法，最好可由患者自行操作。

局部肌肉振动（focal muscle vibration, FMV）是将机械振动装置施加于特定肌肉或其肌腱的方法。一项纳入8项随机对照试验的系统综述显示，其中6项研究报告了FMV对脑卒中后上肢痉挛的阳性效果，但相关参数（如冲击式与非冲击式FMV、施加于痉挛肌或拮抗肌）尚需系统探索。电刺激（electrical stimulation, ES）是另一种潜在的非药物手段，包括神经肌肉电刺激（neuromuscular electrical stimulation, NMES）——以足以募集运动轴突的强度产生肌肉收缩，以及经皮神经电刺激（transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS）——以较高频率和较低强度选择性激活感觉传入纤维而不募集运动轴突。两者分别被研究用于脑卒中后痉挛，但尚未与FMV联合探索。

FMV、NMES和TENS均可能通过激活Ia和/或Ib传入通路调节脊髓抑制，或通过初级运动皮层的皮层内抑制改变皮质脊髓通路兴奋性，从而降低肌张力增高。但三者激活这些通路的机制不同：FMV纯机械性变形肌肉或肌腱以激活初级肌梭末梢和高尔基腱器；NMES同时通过直接去极化电极下感觉传入纤维和经收缩机械加载肌梭与腱器两条途径起作用；TENS不引起收缩，仅通过直接电激活传入纤维。因此，FMV联合NMES可募集比单一方式更广泛的传入输入，这为联合优于单独应用提供了理论基础。本初步研究旨在探索FMV与ES对脑卒中幸存者指屈肌痉挛的效应，筛选出在短时应用后能产生即刻可观察肌张力降低的刺激参数与组合。主要假设为冲击式FMV联合ES比单独冲击式FMV产生更大的指屈肌肌张力增高即刻降低效应；主要结局指标为每次10 s刺激后立即评估的指屈肌改良Ashworth量表（Modified Ashworth Scale, MAS）评分。

二、研究设计与技术方法

本研究为探索性、假设生成的初步研究，共纳入5例脑卒中幸存者（平均年龄49±12岁，卒中后时间8个月至16年），均存在显著指屈肌肌张力增高（MAS≥2）。纳入标准包括出血性或缺血性卒中后超过3个月、单侧指伸肌无力（徒手肌力测试≤4/5）、认知与沟通能力足以参与、表面NMES可产生无痛肌肉收缩、FMV耐受良好、近3个月无上肢肌肉肉毒毒素注射、无腕指挛缩、前臂或手部触觉正常、无脑干卒中、无合并周围神经损伤或其他上运动神经元疾病。研究经MetroHealth系统机构审查委员会批准（IRB21-00220），所有受试者签署书面知情同意。

关键技术方法包括：冲击式FMV装置（60 Hz，振幅5 mm）与非冲击式FMV装置（100 Hz）；NMES（35 Hz和100 Hz）与TENS（100 Hz）通过5×5 cm自粘表面电极施加，脉冲幅度均为40 mA，脉宽按个体确定；刺激施加于前臂屈肌（痉挛肌）侧或伸肌（拮抗肌）侧，FMV可施加于肌腹或肌腱位置；共测试48种不同条件（含单独及联合方式），每次刺激持续10 s，刺激前后立即进行MAS评估；采用多项逻辑回归模型分析四种结局（无变化、MAS_post=2、MAS_post=1+、MAS_post=0–1）的概率差异，受试者作为固定效应协变量，以单独冲击式FMV为基线参照；敏感性分析采用聚类标准误、留一法及限制数据集验证。共完成804次试验（含107次对照试验和697次干预试验），4例受试者完成7次会话，1例完成3次会话。

三、研究结果

3.1 受试者特征

5例受试者平均年龄49（标准差12）岁，卒中后时间8个月至16年，平均上肢Fugl-Meyer（UEFM）评分为21（标准差4.9），其中3例评分≤19，提示严重上肢损伤。共进行804次试验，包括107次对照非干预试验和697次干预试验。干预前MAS评分为3的占91.3%，为2的占8.7%。未观察到不良事件，无皮肤反应、疼痛报告或非预期运动。

3.2 偏倚敏感性分析

皮尔逊卡方检验显示，干预试验中显示MAS降低的比例在前三次重复与后续重复之间无差异（84.3% vs. 88.6%，p=0.40），在干预前MAS为3与为2的试验之间亦无差异（84.9% vs. 83.3%，p=0.89）。限制数据集（569次干预试验）与完整数据集（697次试验）的估计概率差异高度相关（r=0.976），NMES100+FMV_p的MAS_post=0–1增加仍显著（20.2%，95%CI: 5.5–34.8%），而NMES35+FMV_p的效应减弱（14.3%，95%CI: ?0.3–28.8%）。因此采用完整数据集进行分析。

3.3 刺激后MAS评分的即刻变化

对照条件下，107次试验中90次（84.1%）无MAS降低，表明无刺激时肌张力增高总体稳定。相比之下，697次干预试验中84.8%显示痉挛降低。似然比检验显示受试者（p=5.99×10^?12）和治疗类别（p=3.07×10^?15）均为结局的显著预测因子。次要分析中，治疗侧（双侧、痉挛侧、拮抗侧，p=0.87）和FMV位置（肌腱与肌腹，p=0.86）无显著差异。

冲击式FMV（FMV_p）联合NMES显示最有利结局。NMES35+FMV_p的MAS_post=0–1概率较单独FMV_p高16.3%（95%CI: 3.5–29.0%），NMES100+FMV_p高26.4%（95%CI: 13.9–38.8%）。这两种组合还降低了MAS_post=2的概率（NMES35+FMV_p降低13.4%，NMES100+FMV_p降低18.8%）。相比之下，非冲击式FMV（FMV_np）和单独TENS较FMV_p更少降低MAS：FMV_np使无降低概率增加23.7%，TENS增加38.5%。TENS+FMV_p、NMES100+TENS和单独NMES100与FMV_p相比无显著差异。经Bonferroni校正后，NMES100+FMV_p对MAS_post=0–1的效应（p<0.001）及对MAS_post=2的降低效应（p=0.002）仍显著，且经会话聚类标准误后仍显著（95%CI: 13.4–39.3%，p<0.001）。

3.4 个体受试者反应

NMES100+FMV_p在每例受试者中产生MAS_post=0–1的频率均高于单独FMV_p（高16至45个百分点；精确符号检验，单侧p=0.031），NMES35+FMV_p在5例中的4例如此。FMV_np和TENS在全部5例受试者中降低MAS的频率均低于FMV_p，但个体反应差异较大。逐一剔除每例受试者后，NMES100+FMV_p与FMV_p的MAS_post=0–1差异变化较小（24.5–27.0% vs. 26.4%），而NMES35+FMV_p的估计变化较大（12.3–22.8%）。干预试验中MAS_post=0–1的比例在受试者间从12%（FMV05）到50%（FMV02）不等。

四、讨论与结论

讨论部分指出，冲击式FMV联合NMES（尤其是100 Hz）产生了最大的MAS评分向更低水平转移，提示对肌张力增高的即刻效应更大。该组合不仅增加了MAS_post=0–1的概率，还降低了从MAS_pre=3降至MAS_post=2的中度降低概率，将结局分布向更有利方向转移，具有临床相关性。其机制可能在于FMV通过激活肌梭初级末梢产生Ia输入至脊髓，经交互抑制降低痉挛肌α运动神经元兴奋性；施加于痉挛肌时可诱发紧张性振动反射，经Renshaw细胞进一步抑制；FMV还可激活高尔基腱器增强抑制。冲击式FMV优于非冲击式可能归因于更大的位移振幅（5 mm），更强烈地激活肌梭，而非冲击式小振幅可能主要作用于皮肤感受器。肌腹与肌腱位置无显著差异，可能与本研究未固定关节于最大伸展位有关。TENS疗效有限可能因其不能产生肌肉收缩或有效激活肌梭；NMES则通过募集运动轴突产生收缩并间接拉伸肌梭激活Ia传入。研究局限性包括评估者未设盲、MAS为唯一结局指标且为序数量表、试验顺序未记录、样本仅5例、刺激仅10 s、未评估效应持续时间、48种条件及40次比较属探索性、未测试无FMV时拮抗肌NMES。结论认为，5例脑卒中幸存者的探索性初步研究显示，10 s冲击式FMV联合NMES（尤其100 Hz）在测试条件下产生最大的指屈肌MAS即刻降低，100 Hz组合在每例受试者中均比单独冲击式FMV更常将MAS降至0–1。需更大样本、随机化记录条件顺序、设盲及客观结局评估、更长刺激时间及随访的研究确认效应持续时间与临床相关性，方可考虑开发联合冲击式FMV与NMES的治疗应用。目前尚无商用设备集成冲击式FMV与NMES于单一装置，微型化振动马达的进展可能使可穿戴设备开发成为可行，从而支持患者或照护者独立实施治疗。