脊髓损伤(SCI)是一种复杂的疾病，既可由创伤性事件引起，如机动车事故或跌倒，也可由非创伤性原因引起，如血管疾病、感染、肿瘤或退行性疾病。SCI影响所有年龄段人群，但对年轻人的影响尤为严重。SCI通常导致运动、感觉和自主神经功能的不可逆转的丧失，此外，由于生活方式和独立能力的突然和剧烈变化，SCI引起了严重的的心理问题，包括抑郁和焦虑。

传统的SCI康复管理主要侧重于减少继发性并发症，如压力损伤、尿路感染、肠功能障碍和痉挛。此外，它旨在通过增强活动能力、力量、感觉和协调来优化残余功能。尽管这些方法提供了重要的好处，但它们往往不足以恢复或补偿实质性的功能损伤。近年来，神经调控技术为SCI的治疗带来了新的可能性。特别是脊髓电刺激(SCS)已成为一种有希望促进神经系统恢复的方法。通过促进神经可塑性和重新激活残留的神经通路，SCS已经证明了实现功能改善的潜力，这曾经被认为是不可能实现的。越来越多的证据表明，慢性SCI患者可以通过SCS获得有意义的神经和功能改善，为功能恢复和改善生活质量提供了新的希望。

外伤性SCI的病理生理进展可大致分为初级和次级阶段。这些过程导致SCI的广泛且不可逆的损伤，最终损害功能恢复。

初级阶段在损伤后立即开始，是机械力(如压迫、挫伤或撕裂伤)的直接结果。这些力导致脊髓组织、血管和血脊髓屏障(BSCB)的机械损伤。BSCB的破坏导致血管通透性增加，使有害物质渗入脊髓。这一阶段的特征是出血、缺血和直接神经元死亡，它们共同启动一系列生化和细胞反应。

第二阶段在初始损伤后数分钟至数小时开始，并持续数天、数周甚至数月。它的特点是一系列有害的过程，包括炎症、氧化应激和兴奋性毒性，这些过程会扩大损伤，加剧初始损伤。炎症反应引起组织肿胀，导致附近结构受压和进一步缺血。鞘内压力升高可损害脑脊液(CSF)流动，加重损伤。激活的星形胶质细胞和小胶质细胞在病变部位周围增殖，形成胶质瘢痕。虽然最初具有保护作用，但这种疤痕最终会抑制轴突再生，对神经修复产生物理和生化障碍。随着时间的推移，损伤部位的坏死组织被充满液体的囊性腔所取代，形成物理间隙，阻碍神经重新连接。这些空洞是旨在恢复连通性的治疗干预的主要挑战。脊髓空洞的形成和进行性神经退行性变进一步阻碍了功能恢复。

SCS是一种很有前途的治疗方法，通过硬膜外或经皮提供电流刺激脊髓。在关于运动完全性脊髓损伤患者自主运动恢复的早期报道后，SCS因其促进神经恢复的潜力而受到了极大的关注，许多关于硬膜外和tSCS的研究都证明了它在SCI后神经恢复中的有效性。

SCS刺激大致可分为闭环刺激和开环刺激。开环系统提供恒定或循环的刺激，但不考虑实时的感觉或运动反馈。而闭环系统根据实时数据(如步态周期或大脑活动)动态调整刺激参数，以实现更有针对性和更有效的神经调节。

不同的SCS研究采用不同的技术策略，包括不同的电刺激部位、电极设计、刺激参数和时间模式。尽管SCS的作用至关重要，但其实际机制以及技术变量与生理机制之间的关系尚未完全了解。

1、单突触反射激活的增强

主流理论认为，SCS激活大到中等传入纤维，从而增强感觉传入和运动神经元之间的神经间连接。Ia纤维传递有关肌肉长度、速度和力量发展的信息，这些信息对于估计肢体位置和其他运动动力学至关重要。根据经典电缆理论，大直径有髓轴突对电流刺激具有显著易激性。SCS可增强控制主动肌的运动神经元的单突触反射激活，并促进运动池内的中间神经元回路活动，这两者对SCI后的运动功能恢复至关重要。

大量研究支持这一机制。例如，本体感觉传入丧失的动物模型无法恢复后肢运动控制能力，并表现出下行神经回路的异常适应性重组。在SCI动物模型中，本体感觉消融会导致感觉运动功能改善的倒退。

2、脊髓网络的重组

研究表明，即使脊髓在完全横断后与大脑断开连接，其神经回路仍能独立处理体感信息并调整运动输出。复杂的脊髓固有神经网络连接不同神经元集群、脊髓节段和半侧脊髓，促进有效的信号整合与运动协调。

脊髓神经网络无需大脑直接输入或感觉反馈即可生成节律性运动。脊髓电刺激（SCS）结合物理训练，可通过重组损伤部位周围的脊髓固有回路，激活中枢模式发生器（central pattern generators, CPGs）——这些负责节律性输出的神经回路。研究已定位候选CPG神经元于腰段脊髓的中夹管附近及中间内侧区，表明其与运动节律的密切关联。SCS可通过间接募集和调控这些回路，重组脊髓固有通路以增强节律活动及后肢协调性。腰段脊髓的CPGs驱动屈肌与伸肌的交替激活，这对SCS促进行走功能恢复至关重要。

3、增强对脊髓上输入信号的响应

脊髓电刺激（SCS）通过增强运动神经元对下行脊髓上输入信号（包括皮质脊髓束、网状脊髓束和红核脊髓束）的兴奋性，促进自主运动控制的恢复。这些通路在感觉预测、实时运动调整及运动记忆形成中起关键作用。即使脊髓严重损伤（包括临床完全性损伤），脊髓内仍可能存在部分解剖连续性。持续SCS可能通过提高运动神经元对残余脊髓上输入信号的去极化敏感性，介导皮质脊髓可塑性，从而改善肌肉协调能力并修正运动误差。

多项研究验证了这一假说。例如，Guiho等人发现，经皮脊髓电刺激（tSCS）可增强猴类脊髓上诱发反应；Parhizi等人则报道，联合应用颈段与腰段tSCS能显著激活人类皮质脊髓通路。上述作用机制总结如图1所示。

图1

1、eSCS设置和参数

硬膜外脊髓电刺激（eSCS）技术最初主要用于疼痛管理，近年来逐渐成为脊髓损伤（SCI）患者神经功能恢复的研究热点。该技术通过植入电极向脊髓特定区域传递电刺激，激活脊髓固有神经回路，从而促进运动、感觉及自主神经功能的恢复。目前临床实践中，多电极阵列通常植入于腰骶段脊髓（L1-S1节段），而片状电极的精准定位需覆盖腰段脊髓背根入髓区（dorsal root entry zones）以增强刺激效能。由于不同脊髓节段负责调控特定身体功能，术前需通过神经电生理评估、影像学定位及个体化刺激参数设计等系统化方案优化电极定位，这对治疗效果至关重要。

2、eSCS候选者评估与刺激参数优化

eSCS（硬膜外脊髓电刺激）的候选者需接受全面的术前综合评估，包括脊髓磁共振成像（MRI）。MRI通过构建脊髓神经解剖三维重建模型，可显著提升电极定位精度（空间误差

一旦电极被植入，就会根据患者的反应和患者的特定康复目标调整和定制刺激参数。通常，较高的节段针对意志控制和心血管功能，较低的节段侧重于泌尿生殖功能。Minassian等人已经证明，不同频率的刺激可以影响下肢肌肉的激活模式，在仰卧的个体中，5-15 Hz的刺激会引发下肢伸展，25-50 Hz的刺激会引发下肢交替的屈伸。不同研究的刺激参数差异很大，频率范围为0.2至400 Hz，脉冲宽度在150至1000µs之间，振幅范围为0.1至40 V或0.1至15 mA。

许多将eSCS与基于活动的治疗相结合的研究已经显示出显著的改善。表1总结了主要的eSCS研究。

表1

大多数研究是在运动完全性SCI中进行的，目的是改善下肢的运动功能。例如，运动完全截瘫患者接受了80次以活动为基础的训练，每次持续60分钟，再加上eSCS，证明了在最小帮助下站立长达5分钟的能力。除了这些直接的改善之外，Luz等人报告说，高强度的特定任务训练，包括每周四到五次两小时的训练，在五个月的重量支持的地面训练中，促进了实质性的神经学获益。值得注意的是，所有参与者的运动得分都有所提高，有些人甚至在没有刺激的情况下也实现了对瘫痪肌肉的自主控制。

虽然有力的证据支持eSCS可促进下肢恢复，但eSCS在改善上肢功能方面的证据仍然有限。颈椎SCI模型的临床前研究显示出积极的效果，但临床证据仍然局限于病例报告。例如，两名患有运动完全性SCI(AIS B)的患者在C5至T1水平植入了16触点电极。刺激参数包括频率为2 ~ 40hz，幅度为0.1 ~ 10ma，脉宽为210µs。两名参与者都表现出了显著的功能增益，上肢运动得分提高了16至23分。使用脊髓独立性测量(SCIM)进行的功能评估证实了这些改善，表明日常活动的独立性得到增强。

eSCS的治疗益处超出了运动恢复。研究表明，escs对自主神经功能有积极影响，包括肠道和膀胱调节、痉挛减少、呼吸功能和心血管稳定性。Boakye等人报道，eSCS可能是改善生活质量的一个有希望的选择。然而，优化运动控制刺激可能会对膀胱功能产生负面影响。例如，Beck等人证明，以运动为重点的刺激参数可能会损害膀胱结果，这表明需要量身定制的方案。

SCS已成为促进SCI神经恢复的突破性治疗方式。通过靶向残留的神经通路和增强神经可塑性，SCS为面临SCI破坏性后果的个人提供了新的希望。SCS的侵入性方法和非侵入性替代方法都显示出在促进运动恢复、改善自主神经功能和提高生活质量方面的显著潜力。尽管取得了令人鼓舞的进展，但将SCS转化为常规临床实践仍然存在挑战。患者反应的变异性，缺乏标准化的刺激方案，以及围绕功能增益的可持续性的问题突出了进一步研究的必要性。此外，小规模探索性研究对于了解SCS的潜力非常重要，但大型RCT对于确定其在不同患者人群中的疗效、安全性和普遍性至关重要。

SCS代表了SCI康复的重大范式转变，提供了恢复以前认为无法实现的感觉运动和自主神经功能的潜力。虽然通往广泛临床应用的道路充满挑战，但正在进行的研究和技术进步可能会释放SCS的全部潜力。随着该领域的不断发展，SCS已经准备好改变人们的生活，为SCI患者提供独立、功能和改善生活质量的新希望。