2. 江西中医药大学附属医院, 江西 南昌 330006
2. The Affiliated Hospital of Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanchang 330006, China
脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是由各种原因引起的脊髓结构、功能损害,造成损伤平面以下节段支配的运动、感觉、括约肌及植物神经功能的障碍。主要表现为下肢站立行走受限、大小便失禁、丧失日常自理能力,严重影响生活与生存质量[1]。SCI后的影像学检查可以为判断损伤类型提供可靠的依据。X线平片基本可确定骨折部位及类型。MRI 是评估脊髓和软组织损伤以及关节内损伤的最佳手段,而 CT则在脊柱骨折和血管损伤诊断方面更具优势。虽然影像学检查比较客观,但主要反映的是损伤节段骨质结构性改变[2]。SCI后的神经功能判定主要参照ASIA脊髓损伤神经学分类国际标准。由于需要患者充分合作,对多发性损伤或昏迷的患者难以实施。依赖临床体征作为判断标准的方法必须等待脊髓休克结束(这一过程在人类需要数天甚至数周),可能丧失了早期诊断的机会。有时神经学评估为完全性SCI的患者,经抢救后仍能恢复部分脊髓功能。
为了开展SCI后神经保护药物的药效学筛选,国内外学者已经复制出脊髓挫伤、压迫损伤、横断损伤、缺血损伤、牵张损伤和化学损伤等多种动物模型,并且建立了一整套包括开放场地试验、非开放性场地试验和联合行为学评分法的运动功能评价系统。但是,这些行为学方法很难对脊髓结构恢复和功能重建给出精准的解释[3]。随着对脊髓可塑性的深入探索以及实验性SCI再生修复研究的蓬勃开展,神经电生理检查可以为基础和临床提供了一个比较客观的神经功能定量评价工具。其中,诱发电位检查具有较高的灵敏性和准确性,能够合适地测量SCI程度,明确功能丧失的性质,观察固有神经系统对损伤的反应,追踪再生的脊髓神经元[4]。
1 诱发电位 1.1 定义及分类所谓神经电生理检查是根据神经解剖学原理,依靠多种形式的能量刺激,对生物体的外周神经产生的生物电和生物体的电特性进行测量、记录和分析的技术。诱发电位(evoked potentials,EPs),也称诱发反应,是指给予神经系统(从感受器到大脑皮质)特定的刺激(声、光或体感刺激),或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工,在该系统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。它反映了突触传递、轴索传导的细胞及分子系统结构与功能的完整性。EPs作为衡量SCI后神经功能的一种重要指标,易受复杂的生理、心理因素影响[5]。为临床上实用起见,EPs分为与认识功能有关的内源性事件相关电位(event-related potentials,ERPs)和与感觉或运动功能有关的外源性刺激相关电位(stimulation-related potentials,SRPs)。ERPs需要测试者处于清醒状态、一定程度的主动参与完成,是研究人类认知过程的一个飞跃[6]。依据不同的刺激模式,SRPs可分为感觉诱发电位(somatosensory evoked potential,SEP)和运动诱发电位(motion evoked potential,MEP)。SEP主要反映脊髓背侧上行传导的感觉通路的功能状况,而MEP则反映脊髓腹侧下行运动传导通路的完整性,因此,在临床上SEP与MEP联合应用为SCI的诊疗、预后康复提供较为可靠的信息。
1.2 诱发电位的波形分析根据皮层大锥体细胞的分布特点,EPs分为主反应和后发放两部分。主反应包含正相波、负相波两个不同的波形;后发放是一种周期性的单相波形。正常EPs的波形特征表现为:在刺激伪迹后,有一个潜伏期、先正后负的主反应(或有或无的中间反应)、正向次反应、后发放。潜伏期(latency)是指从刺激起始到所检测的EPs波形中某点或到第一峰点之间的时间间隔,单位一般以ms表示。目前SEP监测常用的潜伏期指标为波峰潜伏期(peak latency)。EPs的潜伏期与刺激之间有较严格的锁时关系,在给予刺激时几乎立即或在一定时间内瞬时出现,不受被试者主观因素的影响。潜伏期的长短可以反映脊髓传导功能的恢复程度情况。波幅(amplitude)是指EPs的正、负相波两峰顶点之间的电位差值,单位一般以μ υ表示。通常分为阳性波(P波)和阴性波(N波)。波幅反映受刺激后同步性放电神经元数量的多少。其变化是早期病理性功能改变的敏感指标之一。一个正常的EPs具有特定的检测部位,有一定的反应形式、重复性及空间分布。记录电极位置的不同会使每个相位的潜伏期及波幅相应发生变化。
SEP是通过对周围神经的刺激,经过传入神经纤维的传递,直到产生于脊髓、丘脑与大脑皮质之间连接的突触电位,因此可在中枢神经系统的任何部位检测出SEP的变化。Dawson等首次报道刺激周围神经可在人体大脑的对侧皮质感觉区记录到电位活动。SEP主要反映脊髓后索(包括神经节、薄楔束核和背侧丘脑)感觉上行通路传导纤维的结构和功能状态,当脊髓发生损伤时,感觉上行通路的纤维结构受损,致使沿上行纤维传导的神经冲动数量减少,发生同步兴奋的皮层感觉神经元数量也明显减少,从而使神经冲动的传导速度明显减慢,导致SEP的潜伏期延长、波幅出现明显降低。Markand等(1990年)报道在成人心脏手术中通过刺激正中神经检测短SEPs,发现波幅随着体温的下降而降低。因此,为了得到较理想的SEP,检测时既要控制外部环境的温度,又要注意患者自身的温度。
MEP是指利用磁或电刺激大脑皮质运动区或硬膜外,使锥体细胞轴突产生一个去极化的动作电位,通过脊髓内的锥体束传导,并在骨骼肌上进行记录的一项运动神经功能的检查。Patton等首次通过猴子和大鼠大脑皮质运动区的表面进行电刺激,结果在同侧延髓椎体和对侧颈髓锥体束可检测到了多个阳性冲动的排放。第一个单相的正相波称为直接波(D波),因其传导不经过突触传递,所以也称直接反应。在D波之后又出现了一系列正波(I波),称为间接反应。Merton等通过电刺激人体大脑皮质运动区,证实MEP反映的是脊髓下行传导束或外周运动神经的功能状态。经颅电刺激要求刺激电极放在皮下,会使人产生较强的不适感甚至疼痛,而经颅磁刺激具有疼痛小或无痛的优势,已广泛应用于临床。依据不同信号接受部位,MEP可分为脊髓运动诱发电位(SCMEP)、神经运动诱发电位(MEP-N)和肌肉运动诱发电位(MMEP)。Taniguchi等(1993年)利用一系列短串电脉冲,直接刺激麻醉状态下的患者大脑皮质运动区,成功得到了MMEP。Van Dongen等[7]研究发现肌松剂阻滞神经肌肉接头,使兴奋的肌细胞数量减少,抑制MEP反应,使波幅降低。因此,在进行MMEP监测时,尽量避免使用肌松剂。
2 诱发电位在SCI患者中的应用 2.1 诱发电位在术前的评估作用临床上常根据患者的主观感觉、括约肌功能、关键肌的肌力等对SCI的损伤平面进行评估,同时也应用了ASIA量表、四肢瘫痪指数、脊髓独立性评定量表等。这些临床检查方法都具有一定的主观性,不同的观察者可出现分级上的偏倚,而EPs是通过对脊髓电生理的检测,是一种更为定量、客观的检测技术,可作为 SCI功能及疗效评定的依据。SEP不但可对浅感觉障碍进行客观、量化的检测,而且具有高度的灵敏性。即其变化可在临床症状出现之前,也可迟于临床症状恢复,检查结果的重复性也较好。SEP有助于对早期脊髓疾病的诊断。Hausmann等[8]报道93例青少年特发性脊柱侧凸患者在术前经胫骨神经SEP检查,68%患者存在功能性脊髓异常,且56%患者经身高校正后P40潜伏期延长。但是,经MRI影像学检查只有3例存在结构性脊髓异常,表明电生理检查有助于对临床未能检测出的脊髓疾病作出早期诊断评估。张振兴等[9]报道腰椎间盘突出症患者SEP潜伏期均明显延长,波幅下降。疼痛组和麻木组患侧P40峰潜伏期与健侧相比均延长,表明SEP可以作为一种无创评定腰椎间盘突出症患者下肢感觉功能的工具,是MRI、CT等影像学检查的补充。
MEP潜伏期、幅度的改变与SCI关系密切。余科炜等(2000年)报道32例SCI患者的磁刺激MEP及SEP的早期表现的行研究,表明损伤平面以下肢体的肌力大小与MEP异常密切相关。不完全性瘫痪患者MEP波幅降低、潜伏期明显延长;完全性瘫痪患者损伤平面以下的MEP消失,部分肢体或肌群的MEP消失。徐国卫等[10]研究经颅皮层电刺激运动诱发电位对脊髓损伤的定位诊断价值,结果显示颈段SCI患者拇短展肌和胫前肌MEP潜伏期延长,波幅降低;胸、腰段SCI患者下肢胫前肌MEP潜伏期延长,波幅降低;完全性瘫痪患者损伤平面以下的MEP消失,不完全性瘫痪患者部分肢体和肌群MEP消失,MEP峰潜伏期明显延长,波幅下降,说明脊髓原发性及继发性损伤导致脊髓传导受限,甚至不能完全传导。李六一等(2003年)用节段性MEP和SEP对截瘫患者早期脊髓损害定位分析,发现正常脊髓段出现波形,损害脊髓段波形消失,其上位神经组织处亦不出现波形;从T5棘突处刺激无波形出现,提示相应神经组织或脊髓节段纤维损伤严重。由此可见,节段性MEP不仅反映脊髓长束型传导,而且还能对脊髓损害的节段进行确切定位。
2.2 诱发电位在术中的监护作用随着医学技术的快速发展,用于术中脊髓功能监测的方法越来越丰富。利用不同的电生理技术了解神经的电生理信号变化,可以为术者提供实时、全面监测麻醉状态下神经系统功能。如术中SEP出现波幅下降、潜伏期延长,可能脊髓或神经根在术中被牵拉或受压时间过长导致。因此及时发现异常的SEP改变,认识其基准值和警戒标准是十分必要的。通常SEP异常表现为波幅下降50%或潜伏期延长超过10%表明有脊髓功能的损害,提示术者暂停手术或改变操作方法(即经典50/10法则)。刘廷刚等(2012年)采用皮层躯体感觉诱发电位对74例脊柱脊髓手术患者进行术中监测,证实SEP能比较准确地反映脊髓及神经根的功能,较大限度地减少了神经并发症的发生,为脊柱外科开展高难度的手术提供有力保障。Epstein等(1993年)利用SEP监测脊柱侧凸手术,可将患者的神经并发症率从6.9%减少至0.7%。术中不受监测的218例颈椎病患者中出现了8例(3.7%)不同程度的四肢瘫痪,而术中受监测的100名患者并没有出现瘫痪或死亡病例,说明术中连续SEP监测可作为颈椎手术的实用工具。MEP作为一种高灵敏度、低损害、低并发症的监测手段,已越来越受到临床重视。它不仅可用来评定SCI患者运动功能状态,还可以为制定各种治疗方案提供一项可靠的指标。电刺激引出MEP波形提示脊髓传导束功能正常,而波形消失提示传导功能障碍,即“全或无”或波幅下降80%的判定原则,其监测敏感度可达100%,只是特异度仅为90%[11]。Fulkerson等[12]采用经颅电刺激MEP监测儿童脊柱外科手术,证实MEP监测的可靠性和安全性。Schwartz等[13]利用经颅磁刺激MEP监测脊髓运动神经束的功能状态,能准确掌握脊髓血流量的变化。MEP与SEP虽同为神经电生理技术,但两者所代表的脊髓功能是截然不同的。有证据表明,SCI后SEP缺失者,损伤水平以下肢体的运动功能并不一定丧失(Hahn等,1983年),而SEP正常者亦可能出现运动障碍(Mustain等,1991年)。因此,采取SEP与MEP联合监测才能反映脊髓功能完整性和准确评估SCI预后。
2.3 诱发电位在预后的判断价值SEP有助于SCI患者预后的判断。术后立即或不久瞬时出现SEP者,其脊髓相关功能恢复的可能性更大,反之,预后良好的可能性较小。杜伟等[14]对14例脊髓型颈椎病患者进行手术预后判断,发现术后1、2、4、12、24周SEP的潜伏期均呈现出不同程度的下降。短潜伏期EPs波形相对恒定,重复性好,同时不受意识、睡眠等影响,常被用于判断意识障碍患者的预后。刘素萍等收集20例各种病因所致的意识障碍患者信息,并进行预后相关性分析。SEP异常者中预后不良率明显高于SEP正常者。Tzvetanov等[15]证实中风发作时刺激正中神经和胫后神经,获得的SEP可在脑卒中患者的功能预后中具有重要价值。观察SEP能较大提高预后判断的准确性,对指导临床治疗,提高抢救成功率和预后判断有重要意义。Tnanka等[16]采用经颅磁刺激技术监测脊髓功能,证实术中MEP监控有助于预防头颅和脊柱术后的运动功能的瘫痪,为SCI预后判断提供了可靠的依据。Szelényi等[17]报道对1例64岁双侧大脑中动脉瘤患者进行术中MEP监测。在动脉瘤夹闭过程中,左拇短展肌和胫骨前肌波形消失,预测术后运动通路障碍,术后证实该患者出现左侧偏瘫。
3 诱发电位在SCI动物模型评价中的应用 3.1 诱发电位的引导方法目前沿用改良Allen′s 法制作不完全SCI动物模型,然后借助皮质SEP,MEP进行SCI大鼠EPs实验研究。Schlag等[18]通过刺激正常的大鼠脚趾,在对侧大脑皮层记录到有几个不同波形组成的SEP。其中,在潜伏期后有3个连贯的SEP波峰,N1波峰的潜伏期为15.5~17.5 ms、P1波峰为20~23 ms、N2波峰为26~31 ms,最后以较宽且平坦幅度波终止。SEP的获取方法通常是在暴露完好的硬脑膜后,滴加38℃液体石蜡以保护皮层,然后将大鼠置于屏蔽柜中,将银球引导阳极固定于钻孔处,阴极置于同一水平的切口处的皮肤,刺激电极置于对侧后肢肌中,阴、阳电极距离约1 cm,刺激强度以轻微抽动为宜,接地电极置于与刺激电极同一水平的背部皮肤,将各电极与信号采集系统相连,输入适宜的参数,观察电位潜伏期及波幅的变化。
EPs与刺激有锁时关系。为了获得理想的SEP,需将刺激得到的电信号平均叠加。经过数次叠加,与刺激无关的噪声逐渐削减,而与刺激有锁时关系的信号以代数和的方式逐渐放大(林栋等,2006年)。MEP是应用电或磁刺激皮层运动区产生的兴奋,通过下行传导通路使脊髓前角细胞或周围神经运动纤维去极化,在相应肌肉、神经、脊髓记录到的电位变化。MEP的获取方法与SEP相似。引导电极的阳极置于大鼠对侧小腿腓肠肌,阴极置于跟腱,阴阳两极相距1 cm。刺激电极银球引导阴极置于上述钻孔处,阳极置于同一水平的对侧切口皮肤处,地极置于引导电极同一水平背部皮下,获取MEP时也要进行叠加来削弱干扰。SCMEP就是把MMEP的刺激电极从大脑皮质运动区转移到脊髓的硬脊膜上。有研究表明温度能够影响神经电活动。低温可抑制离子通道的活性和兴奋神经元,导致神经递质数量减少[19],因此对动物进行保温尤为重要;同时异氟醚等麻醉剂可降低脊髓运动神经元的兴奋性,使EPs潜伏期延长、波幅明显降低,甚至可以导致某些成分的缺失(刘心东等,1994年)。因此在采用EPs检测时,应尽量避免麻醉药物干扰。
3.2 诱发电位在实验治疗学中的应用在SCI药物治疗中,利用EPs检测对把握药物治疗时机、判断药物的疗效具有重要意义。Morris等[20]报道大鼠SEP的振幅百分比和受压时间耐受值关系,得出长时间的脊髓受压可导致SEP波幅明显降低。当脊髓受压迅速解除后 SEP的波幅有一定程度的降低甚至消失,但机体功能测试依旧正常。罗俊谱等(2013年)探讨黄芪对实验性SCI动物的疗效,发现大鼠SCI后SEP潜伏期明显延长,波幅降低。伤后28 d,黄芪组较甲基强的松龙组SEP潜伏期及波幅恢复明显,说明黄芪有助于恢复SCI神经传导功能,对损伤后的脊髓有一定保护作用。Perez-Espejo等(1996年)制备大鼠脊髓压迫模型,利用SEP、BBB评分评估运动功能,实验表明紫杉酚较甲基强的松龙以及4-氨基吡啶的SEP潜伏期及波幅有明显的改善。因此,EPs在实验药物治疗学中的应用越来越受到关注。
EPs检测有助于判断神经功能恢复程度,为SCI神经、细胞移植治疗提供重要参考。Lee等[21]报道周围神经移植和酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)治疗SCI大鼠,并采用SSEP、MEP检测神经恢复情况,证实周围神经移植修复手术联合aFGF治疗有助于SCI脊髓神经再生,促进脊髓运动功能的恢复。Bertelli等(1994年)报道通过周围神经的移植来重建SCI正中神经,8个月后各组大鼠SEP的潜伏期始终较正常控制组长,完全SCI组未获得SEP,实验表明正中神经重建有助于促进SCI神经功能的恢复。在细胞移植治疗SCI中,SEP和MEP也是一种重要的检测手段。García-Alías等[22]利用嗅鞘细胞和雪旺细胞移植治疗SCI大鼠,采用EPs成功检测其上行、下行通路恢复的完整性。嗅鞘细胞有利于减少神经胶质细胞的活动性。Lee等[23]在人类干细胞移植治疗SCI大鼠研究中,利用记录SEP和MEP判断其功能恢复。 结果发现SEP潜伏期明显缩短,证明人类干细胞治疗急性SCI有效。Guo等[24]报道在自体骨髓单核细胞移植与集落刺激因子治疗SCI大鼠研究时,也采用SEP及MEP检测。总之,EPs作为一种客观的检测手段,已被广泛应用于对神经、细胞移植实验治疗SCI的监测。
王振宇等(2009年)报道电针夹脊穴治疗SCI,治疗前后均采用SEP检测。在4~8 周时电针治疗组SEP潜伏期最短,表明电针刺激夹脊穴促进SCI大鼠神经功能的恢复,并且先期电针干预的效果优于后期。陶涛涛等[25]研究水中平板训练对SCI大鼠EPs的影响。各组造模后均采用SEP及MEP等评定肢体功能及训练效果,发现水中平板训练能明显促进SCI大鼠脊髓功能的恢复。Agrawal等[26]指出SEP技术和BBB评分是不同阶段的诊断工具,SEP的敏感性高于BBB评分,同时SEP有助于准确判断SCI的程度和康复预后。Jou(2004年)报道采用SEP和CMAP技术能准确预测大鼠腰骶部横断面的受损情况。有关EPs对SCI实验治疗学的研究也从侧面反映EPs技术已成为了一种可靠、有效的SCI动物模型评价的方法。
4 存在的问题与展望EPs不仅为SCI术前的诊断、术中监测及预后判断提供了相对客观的指标,同时也是实验性动物SCI药物治疗学研究中的一种重要神经功能检测手段。EPs虽然敏感度更高,但是也存在其局限性,易受各种因素的影响。温度及麻醉对EPs的影响明显,同时神经阻滞剂、慢性不可预见性应激[27]及个体因素等也对EPs有影响。只有充分减少不利因素的干扰,才能最大的发挥EPs在临床SCI检查及其在动物模型评价中的应用价值。目前,在动物实验研究中,传统的EPs检测方法对动物损伤大,不利于波形的稳定监测及动物的长期存活。改进诱发电位刺激和记录技术可以提高实验结果的稳定性和可重复性。EPs缺乏统一预警的标准,所以确立统一的监测标准势在必行,且规范个体化的麻醉方案也刻不容缓。随着电生理学的发展和科学技术的进步,EPs与现代先进技术(MRI、肌电图、脑电图、基因工程、免疫学等)相结合,必将对各种疾病的发病机制研究取得突破性的进展。
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