脊髓損傷的神經生理基礎

原發性損傷機制

脊髓損傷（SCI）的病理過程分為原發性損傷和繼發性損傷兩個階段。原發性損傷指創傷事件直接導致的機械性損傷，臨床最常見形式為挫傷伴隨持續性壓迫。其他形式包括撕裂傷、橫斷、牽張或挫傷伴隨短暫性壓迫。無論何種形式，原發性損傷均會立即破壞脊髓組織，損害上下行傳導通路。這一過程具有不可逆性，在創傷瞬間即完成。

繼發性損傷級聯反應

繼發性損傷是發生在原發性損傷后的復雜病理生理級聯反應，其特征性事件隨時間演變：

急性期（0-48小時）：離子失衡、少突膠質細胞死亡、神經炎癥、血管損傷

亞急性期（48小時- 14天）：持續炎癥、巨噬細胞-軸突相互作用、膠質瘢痕啟動、血管生成

慢性期（數天至數年）：膠質瘢痕成熟、抑制性微環境、持續性神經炎癥、神經病理性疼痛機制

繼發性損傷級聯反應

FES治療脊髓損傷的原理機制

FES的作用基礎

功能性電刺激（FES）治療脊髓損傷的理論基礎基于三個關鍵發現：

1.殘留神經通路的存在：即使臨床診斷為"完全性"損傷，多數患者仍存在穿越損傷區的解剖連續性纖維。

2.下位神經環路的可塑性：殘留軸突在神經網絡中表現出可塑性，參與功能恢復。

3.中樞模式發生器（CPG）：腰骶節段存在能產生節律性運動輸出的神經回路，可被外部刺激激活。

促進功能改善的神經可塑性機制概述

核心作用機制

Hebbian理論驅動的神經可塑性

FES通過"共同激活，共同強化"的Hebbian可塑性原理增強神經連接

1.引導適應性重塑：FES通過激活受損神經通路，引導有益的神經網絡重組。

2.殘存纖維再激活：FES激活損傷區周圍的殘存感覺運動神經元。

3.腦機接口協同：動物研究顯示腦控FES可增強大腦與癱瘓肌肉的連接

Hebbian理論解釋FES作用機制示意圖

中樞模式發生器（CPG）激活

1.腰骶CPG定位：位于L2節段的CPG控制髖、膝和足部肌肉。

2.非大腦依賴的運動啟動：CPG可在無大腦直接輸入下啟動下肢運動。

3.人體CPG證據：Dimitrijevic等（1998）首次通過硬膜外電刺激在完全性SCI患者中誘導出踏步樣運動。

CPG介導的運動控制機制

神經重塑的分子基礎

1.SCVsx2:Hoxa10中間神經元：單細胞測序發現這類興奮性中間神經元對FES響應顯著，其軸突密集投射至腹側脊髓運動區

2.網狀脊髓通路重塑：運動皮層→前庭核/巨細胞網狀核（vGi）→腰骶通路的替代性下行控制。

3.前脊髓神經元作用：通過長程連接橋接受損節段，實現跨損傷區傳導

FES多系統治療效應機制整合圖

神經營養因子上調

1.BDNF/TrkB通路：FES顯著增加腦源性神經營養因子（BDNF）表達。

2.cAMP信號級聯：激活PKA→抑制RHO-ROCK通路→減輕髓鞘抑制→促進軸突生長。

BDNF/cAMP信號通路在神經重塑中的作用

HUIYING

FES治療脊髓損傷的臨床療效驗證

上肢功能恢復

?手術協同作用：術前FES增強供體肌力，術后促進移植肌激活任務特異性訓練：FES結合肌電控制（MeCFES）顯著改善24例患者抓握力。

?與傳統療法比較：FES +常規作業治療（COT）比單純COT顯著提高功能評分

功能性電刺激輔助手部活動系統

下肢功能與運動能力

?步行能力：16周FES輔助踏車訓練顯著改善SCIM移動子評分代謝與結構改善：FES騎行增加肌肉質量、運動耐力及攝氧量。

?聯合干預效果：全身振動（WBV）同步FES顯著提高平均/峰值血流速度。

自主神經功能改善

?心血管調節：FES劃船訓練顯著提高VO2峰值（最大攝氧量）膀胱功能：骶神經根刺激（15脈沖/秒）可促進膀胱排空。

?臨床證據：EES優化參數顯著改善4例患者排尿效率。

神經病理性疼痛管理

?疼痛緩解率：53% SCI患者經歷難治性神經痛。

?外周神經刺激：2/20Hz脛神經刺激減輕機械/熱痛覺過敏。

?炎癥調節機制：FES降低血清CRP、IL-6、TNF-α水平。

電刺激后的疼痛門控理論

HUIYING

FES治療參數與實施方案

關鍵刺激參數

結論

FES治療脊髓損傷通過多機制協同促進功能恢復：在神經層面激活CPG并誘導Hebbian可塑性，在分子層面調節BDNF/cAMP信號通路促進神經重塑，在細胞層面調控肌纖維轉化和炎癥反應。臨床研究表明，優化參數（脈寬300-600μs、頻率20-50Hz、振幅個體化）的FES方案可有效改善運動功能、膀胱控制和神經病理性疼痛。未來研究需進一步整合新型刺激技術，探索急性期干預策略，并建立個體化參數預測模型以最大化治療效果。

HUIYING

回映產品

手持式功能性電刺激儀 FES

該設備基于功能性電刺激（FES）技術，通過 低頻脈沖電流（1–100Hz） 刺激目標神經或肌肉，繞過受損的中樞神經系統（如中風、脊髓損傷部位），直接誘發肌肉收縮，以恢復或輔助運動功能。該手持式FES設備通過 精準電刺激+智能反饋，為神經損傷患者提供非侵入、可定制的運動功能重建方案，覆蓋從臨床到家庭的康復需求。其核心價值在于 “替代-訓練-重塑” 三重作用：短期替代癱瘓肌肉，中期促進神經可塑性，長期恢復自主運動功能。
適應癥:

該設備適用于 神經系統損傷導致的運動功能障礙，主要臨床應用包括：

1.中風康復

上肢功能重建：輔助手部抓握、腕部伸展（如改善勺子握持能力）。

下肢步態訓練：糾正足下垂（如刺激腓神經實現踝背屈）。

2.脊髓損傷（SCI）

肌肉激活：預防廢用性萎縮（如股四頭肌電刺激維持肌力）。

膀胱功能管理：刺激骶神經根改善排尿（需專業配置）。

3.多發性硬化（MS） & 腦癱（CP）

痙攣管理：通過拮抗肌刺激抑制異常肌張力（如腕屈肌痙攣緩解）。

4.運動醫學

術后肌肉再訓練：如膝關節置換后股四頭肌激活。

回映手持式功能性電刺激FES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖

基本參數

幅值：0~80mA

頻率：1~100Hz

脈寬：0~1000us

淡入淡出時間：0~4s

通斷比：1:5 ~ 1:1

刺激時間：0~30min

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態確保刺激有效性；