关键词：直肠电刺激；脊髓损伤；痉挛状态；电生理
摘要 目的 ：研究直肠电刺激(RPES)缓解脊髓损伤(SCI)后痉挛状态的作用机理。 方法 ：10例SCI后痉挛患者和10例偏瘫后痉挛患者，在RPES治疗和口服Baclofen前后进行康复评分和电生理指标测定，包括F波，屈肌反射，H反射，T反射。 结果 ：SCI患者经RPES治疗后，下肢康复评分显著降低(P<0.001)，F波振幅、时程、F/M比显著降低(P<0.05)，屈肌反射振幅、时程显著降低(P<0.01)，Baclofen治疗后，康复评分显著降低，F波振幅、时程、F/M比显著降低(P<0.05)。偏瘫患者患侧下肢康复评分和电生理指标均无显著变化。 结论： RPES对降低SCI后痉挛状态有较好的疗效，主要作用部位在脊髓节段，作用机理与降低α运动神经元活性和一般中间神经元活性有关，而与γ运动神经元及Renshaw细胞活性无关。其解痉作用可能部分与γ-氨基丁酸相关，但仍有其它神经介质参与。
Mechanisms of rectal probe electrical stimulation in reducing spasticity after spinal cord injury
SONG Fan, LI Jian′an, ZHOU Shifang, et al
Dept. of Rehabilitation Medicine, The First Hospital Affiliated to Nanjing Medical Univercity, Nanjing , 210029
Abstract Objective: To investigate the mechanisms of rectal probe electrical stimulation (RPES) in reducing spasticity after spinal cord injury(SCI). Method: Ten hemiplegic patients and 10 paraplegic patients with rectal spasticity were treated by RPES and Baclofen. The rehabilitation scores and the electrical physiological(EP) parameters were measured before and after this treatment. The EP parameters included F wave, H reflex, tendon reflex and flexor reflex. Result: After using RPES, the rehabilitation scores of SCI patients decreased significantly(P<0.001) . The amplitude and the duration of F wave ,and F/M ratio decreased(P<0.05). The amplitude and the duration of flexor reflex decreased (P<0.01) . The rehabilitation scores , the amplitude and the duration of F wave and F/M ratio decreased after Baclofen(P<0.05). In hemiplegic patients, the rehabilitation scores and the EP parameters did not change significantly after RPES or Baclofen. Conclusion: RPES was effective to relieve spasticity of SCI. The mechanism might be attributed to inhibition of the activities of α motorneuron and general interneuron at spinal center rather than cerebral center. In terms of neurotransmitter effects of RPES,it might be partially related to γ-aminobutyric acid.
Key words Rectal probe electrical stimulation; Spinal cord injury; Spasticity; Electrical physiology
脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)后患者常出现严重的痉挛状态，从而影响患者的日常生活及康复治疗的效果。1991年Halstead等人发现直肠电刺激(rectal probe electrical stimulation，RPES)对SCI后痉挛状态有治疗作用，但作用机理尚未明了〔1,11〕 。高级运动中枢所发出的指令及脊髓节段中间神经元的活动，最终都要汇集在运动神经元上，影响到所支配的肌纤维收缩活动。SCI后，脊髓中枢失去上位中枢的控制，节段中间神经元和运动神经元活性改变，导致电生理活动发生相应的变化〔2～4〕 。肌电图检查是临床常用的电生理指标检测方法，采用F波、H反射、屈肌反射、T/H等综合肌电图指标，可反映脊髓α运动神经元、γ运动神经元、Renshaw细胞及一般中间神经元活性，以研究痉挛的节段性病理生理机制〔3～5〕 。
本研究通过观察SCI后痉挛患者RPES治疗的解痉作用，并测定反映脊髓节段运动神经元及中间神经元活性的电生理指标，以Baclofen(γ-氨基丁酸的类似物)作参照〔6,7〕 。以偏瘫后痉挛患者作为大脑中枢性痉挛的模型，与脊髓中枢性痉挛作对照，探讨RPES的作用环节和机理。
1 材料与方法
1.1 受试对象
临床确诊的SCI后截瘫患者10例，脑卒中或脑外伤后偏瘫患者10例。患者在损伤后出现：双下肢(SCI)/患侧下肢(偏瘫)肌张力增高，肢体被动活动困难，与速度成正相关，腱反射亢进，踝阵挛。康复评分：Ashworth评分≥1级，Clonus评分≥1级，临床诊断为痉挛状态。所有患者痉挛状态均长期存在，不能持续缓解。研究前均未使用过任何抗痉挛药物、RPES治疗、封闭疗法、脊髓电刺激和神经外科手术。
SCI受试者男性9例，女性1例，年龄12～63(36.2±15.9)岁,均为不完全性SCI；神经平面：颈段3人，胸段7人；病程2～42(10.0±12.5)个月；痉挛存在时间1～39(7.7±11.9)个月。偏瘫受试者男性9例，女性1例，年龄21～69(46.7±15.1)岁；5例脑梗塞，1例脑出血，4例脑外伤；病程2～28(9.4±9.6)个月；痉挛存在时间1～26(7.9±9.3)个月。两组痉挛病程无显著差异(P>0.05)。
1.2 实验方法
1.2.1 RPES及Baclofen治疗
采用中国康复研究中心研制的SD3型截瘫痉挛治疗仪。患者治疗时取侧卧位，电极用肥皂水湿润后插入直肠内约8～12cm。RPES刺激频率4次/min，每次通电4s，总治疗时间15min。刺激强度选择范围1～10mA，以通电时患者诉有肛门坠胀感，无不适感觉为限〔11〕 。 Baclofen片剂(商品名：力奥来素，Lioresal，北京汽巴-嘉基公司)剂型：10mg/片。在RPES治疗两天后的同一时段，口服Baclofen 10mg〔7〕 。
1.2.2 康复评分及电生理指标测定
在RPES及Baclofen治疗前及治疗后1小时，对SCI患者双下肢、偏瘫患者患侧下肢先进行Ashworth评分和Clonus评分，然后行F波、屈肌反射、H反射和腱反射(T反射)的测定。电生理指标检测使用丹迪Neuromatic 2000M型肌电图仪，刺激电极为表面双电极，记录电极为同心针电极〔3,5〕 。
F波：患者仰卧，用频率1Hz、波宽0.5ms的脉冲作用于内踝后面的胫神经，在足底屈拇短肌记录波形。记录F波振幅(所有振幅均取峰-峰值)、时程、潜伏期、M波振幅，计算F/M。屈肌反射：患者仰卧，用频率50Hz、波宽1ms的脉冲持续50ms作用于内踝后面的胫神经，在胫前肌记录波形。记录屈肌反射振幅、时程、潜伏期。T/H：患者俯卧，叩诊锤叩击跟腱后，在腓肠肌记录T反射。记录T反射振幅，计算T/H。H反射：患者俯卧，足踝关节处放一小枕头，足踝微屈，在窝处对胫神经给予波宽0.5ms、频率1Hz的脉冲，在腓肠肌记录H反射。记录H反射阈值、潜伏期、Hmax (最大振幅)及Mmax (M波最大振幅)，计算H/M(Hmax /Mmax )。
1.3 统计方法
所有结果均以±s表示。统计方法采用t检验，显著性水平为P<0.05。
2 结果
2.1 治疗前后的一般情况变化
SCI患者在RPES治疗后，自觉症状改善时间达3～24(平均7.2±6.9)小时；Baclofen治疗后，自觉症状改善时间达3～6(平均4.7±1.1)小时。10例患者中有2例可步行，RPES 及Baclofen治疗后，这两例患者出现步态改善。偏瘫患者接受RPES及Baclofen治疗后，自觉症状及步行能力均无明显改善。
2.2 治疗前后康复评分的变化
在RPES 和Baclofen治疗后，SCI患者下肢Ashworth评分和Clonus评分均显著降低(P<0.001)，Baclofen降低Ashworth评分的效果较显著(P<0.05)，两者对Clonus评分的作用无显著差异。偏瘫患者患侧下肢康复评分无显著变化(表1)。
表1
治疗前后患者康复评分的比较 (±s)| 治疗 | Ashworth评分(级) | Clonus评分(级) | ||||
| 治疗前 | 治疗后 | 差值 | 治疗前 | 治疗后 | 差值 | |
| SCI患者 | ||||||
| RPES | 2.60±1.19 | 1.15±1.27① | 1.45±0.20 | 2.35±1.31 | 0.65±1.09① | 1.70±0.23 |
| Baclofen | 2.75±1.02 | 0.75±0.91① | 2.00±0.19② | 2.15±1.31 | 0.40±0.68① | 1.75±0.20 |
| 偏瘫患者 | ||||||
| RPES | 2.40±0.97 | 1.90±0.74 | 2.50±1.35 | 2.20±1.23 | ||
| Baclofen | 2.50±0.53 | 1.80±1.03 | 2.40±1.27 | 2.00±0.94 | ||
①治疗前后比较，P<0.001；②RPES组和Baclofen组比较，P<0.05
2.3 治疗前后电生理指标的变化
SCI患者经RPES治疗后，下肢F波振幅和时程显著降低(P<0.01)，F/M比显著降低(P<0.05)，潜伏期无变化。屈肌反射振幅显著降低(P<0.01)，时程显著减少(P<0.001)，潜伏期无变化。H反射阈值、潜伏期、Hmax 、H/M、T/H无显著变化。经Baclofen治疗后、F波振幅、时程、F/M显著降低(P<0.05)，潜伏期无变化。下肢屈肌反射、H反射各项参数及T/H均无显著变化(表2)。
偏瘫患者经RPES和Baclofen治疗后，患侧下肢F波、H反射、屈肌反射各项参数及T/H比均无显著变化(表2)。
表2 治疗前后患者电生理指标的比较 (±s)
| 参数 | SCI患者 | 偏瘫患者 | ||||||
| REPS | Baclofen | REPS | Baclofen | |||||
| 治疗前 | 治疗后 | 治疗前 | 治疗后 | 治疗前 | 治疗后 | 治疗前 | 治疗后 | |
| F波 | ||||||||
| 振幅(mA) | 2.17±1.77 | 1.24±1.11② | 2.05±2.51 | 1.30±1.42③ | 1.47±1.22 | 1.38±1.04 | 1.64±1.03 | 1.47±1.09 |
| 时程(mS) | 21.4±7.3 | 17.8±7.8② | 20.8±2.6 | 17.6±1.9③ | 18.6±7.6 | 15.1±6.9 | 16.8±1.9 | 15.6±6.7 |
| 潜伏期(mS) | 52.2±5.3 | 51.6±1.2 | 51.1±1.4 | 51.2±1.4 | 51.3±3.1 | 51.9±4.3 | 51.9±3.6 | 51.9±3.5 |
| F/M 比(%) | 26.3±17.7 | 21.5±12.6③ | 29.6±17.8 | 22.3±14.5③ | 23.5±15.8 | 21.2±17.6 | 23.2±18.2 | 22.6±16.3 |
| 屈肌反射 | ||||||||
| 振幅(mA) | 1.59±1.59 | 0.69±0.53② | 1.21±0.93 | 1.14±0.89 | 1.44±0.94 | 1.32±0.90 | 1.34±1.24 | 1.03±0.92 |
| 时程(mS) | 97.8±17.0 | 81.3±20.2① | 97.3±42.5 | 96.5±21.8 | 95.3±24.8 | 98.6±25.6 | 94.8±31.4 | 92.9±21.8 |
| 潜伏期(mS) | 72.0±41.4 | 72.1±46.8 | 71.1±40.1 | 72.7±37.7 | 77.0±37.3 | 77.8±27.4 | 74.2±31.5 | 78.3±29.9 |
| H反射 | ||||||||
| 阈值(mA) | 15.1±9.1 | 16.9±12.0 | 16.0±13.5 | 18.1±9.7 | 23.9±11.5 | 25.2±14.6 | 18.2±10.2 | 21.9±12.2 |
| Hmax(mV) | 8.10±8.70 | 5.84±4.33 | 6.12±4.09 | 5.82±8.29 | 4.87±2.73 | 4.84±2.71 | 6.50±4.93 | 4.61±5.11 |
| 潜伏期(mS) | 29.5±2.9 | 29.6±2.7 | 29.2±2.8 | 29.5±2.3 | 29.5±1.5 | 29.2±2.6 | 29.5±1.5 | 29.3±1.8 |
| H/M比(%) | 49.8±17.8 | 41.1±20.6 | 52.6±26.4 | 52.3±29.2 | 45.7±19.6 | 44.1±25.9 | 55.7±21.9 | 52.0±25.7 |
| T/H比(%) | 43.7±20.4 | 42.3±22.3 | 54.9±43.7 | 54.2±57.7 | 53.5±48.3 | 44.3±46.0 | 50.8±35.5 | 49.8±32.1 |
①治疗前后比较，P<0.001；②治疗前后比较，P<0.01；③治疗前后比较，P<0.05
3 讨论
痉挛状态是脊髓损伤后常见的并发症，严重影响患者日常生活活动能力和康复治疗效果。药物和手术治疗等方法在治疗痉挛的同时，常带来不同程度的副反应。本实验结果发现，SCI患者经直肠电刺激(RPES)治疗后，下肢Ashworth评分和Clonus评分显著降低，两例有步行能力的患者出现步态改善，可能与肌群痉挛减轻有关。治疗后患者自觉症状改善，持续时间达3～24小时(平均7.2小时)，提示在进行RPES治疗后(如早晨起床后)，就可保证白天的康复训练和日常生活活动顺利完成，这对于患者的功能活动具有很大的意义〔1,11〕 。
正常运动控制不仅包括节段以上中枢所发放的下行冲动，还包括脊髓本身的综合环路。脊髓损伤后，脊髓中枢从高位中枢的控制下释放出来，节段的运动神经元和中间神经元活性发生相应改变，最终影响到脊髓前角的运动神经元兴奋性，从而改变所支配肌纤维的收缩活动〔4,6,8,9〕 。
本研究结果发现，SCI患者经RPES治疗后，F波振幅、时程、F/M显著降低，潜伏期无显著变化。F波是经过运动纤维近端的传导由前角α运动神经元兴奋后返回的电位〔3,8〕 ，而α运动神经元可能受到来自下行抑制系统、节段性γ运动神经元、中间神经元的所有易化和抑制的影响。该结果提示RPES可通过直接或间接途径起降低α运动神经元活性而减轻痉挛的作用，对神经冲动的传导速度无影响。γ运动神经元可在高位中枢影响下，通过γ环路促使α神经元进入活动状态，支配相应的肌肉，评价γ运动神经元活性使用的是T/H。结果发现，SCI患者经RPES治疗后，T/H无显著变化，提示RPES可能并非通过降低γ运动神经元活性而起治疗作用〔3,4〕 。
脊髓中间神经元也受到高位中枢的下行控制，在脊髓节段通过作用于运动神经元或作用于其它中间神经元而影响运动神经元活性。Renshaw细胞不但能对运动神经元起回返抑制作用，还可对脊髓内其它抑制性中间神经元起抑制作用，从而使邻近的运动神经元发生兴奋，回返性抑制通路可影响H反射参数，用H反射可反映Renshaw细胞活性〔5〕 。研究发现，Renshaw细胞回返抑制活性在SCI后痉挛患者身上不是降低，而是增高。本研究发现，RPES治疗前后，SCI患者下肢H反射各项参数均无显著变化，提示RPES治疗不能改变Renshaw细胞活性。脊髓中大量的一般中间神经元参与屈肌反射，它们将各种冲动分配到所有支配屈肌的运动神经元上。RPES治疗后，屈肌反射时程、振幅显著降低，提示RPES可降低一般中间神经元活性〔3,4,8〕 。
Baclofen(氯苯氨丁酸)通过与γ-氨基丁酸(GABA)B受体结合激动这一位点，抑制钙离子流入突触前末端并抑制兴奋性神经递质释放，也即是通过增强突触前抑制起降低痉挛的作用〔6,7,9,10〕 。SCI患者经Baclofen治疗后，F波振幅、时程、F/M显著减小，提示Baclofen治疗可降低α运动神经元活性，但这一结果亦无法完全阐明究竟是通过直接或间接途径起作用。治疗后其余电生理指标均无显著变化，提示Baclofen对γ运动神经元、Renshaw细胞及一般中间神经元活性影响不大〔7,9〕 。
偏瘫患者经RPES或Baclofen治疗后，痉挛状态无明显降低，节段运动神经元和中间神经元活性亦无显著变化。SCI患者代表脊髓中枢的损伤，而偏瘫患者代表大脑等更高位中枢的损伤。通常情况下，皮质脊髓束和锥体外系对脊髓主要起抑制作用，脑干脊髓束起兴奋作用。脊髓损伤后，这些下行通路对运动的控制作用被去除，此时痉挛的发生与脊髓节段的运动神经元和中间神经元活性变化有密切的关系，实验证实RPES和Baclofen对脊髓节段的运动神经元和/或中间神经元活性有影响，所以两者对SCI后痉挛状态疗效较好。而脑卒中和脑外伤病灶多发生在皮层或内囊部位，此时皮层对运动的下行抑制作用丧失，而脑干脊髓束是完整的，它对运动的下行促进指令可能异常活跃，较节段性神经元活性变化更重要，导致痉挛的发生，两种治疗对偏瘫后痉挛状态无明显疗效可能与此有关〔2,4〕 。结果提示RPES的作用部位在脊髓中枢。
结果提示，RPES可能在脊髓节段通过降低一般中间神经元活性而降低α运动神经元活性，或直接降低α运动神经元活性起解痉作用，其治疗作用与γ运动神经元和Renshaw细胞活性改变关系不大，但不排除可能存在突触前抑制等途径。Baclofen治疗后，α运动神经元活性亦降低，可能与突触前抑制增强有关。RPES和Baclofen均可降低α运动神经元活性，提示RPES的解痉作用除与一般中间神经元相关外，还可能部分与γ-氨基丁酸(突触前抑制)相关，逻辑上不排除有其它介质(如乙酰胆碱)的参与。从一个侧面反映了痉挛的发生存在不同的环节，痉挛的治疗可从不同环节进行。
* 本课题为江苏省教委科研基金资助项目
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收稿日期：1998-11-22
, 百拇医药