神经肌肉刺激概述

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1、神经肌肉电刺激技术现状的研究摸索摘要:本文通过查阅国内外有关文献，综述了近年来国内外有关神经肌肉刺激技术的发展状况。文中对神经肌肉刺激的两种技术(TES和FES)的原理及应用做了具体的论述，其中EN重要用于镇痛，S重要用于康复治疗。同步简介了现今研究较热的ES的有关技术参数。最后通过对它们研究的现状的总结和归纳,指出了神经肌肉刺激技术的局限性之处，并提出了对该技术的前景的展望。Abtract:Tis paer reviewed heret deveopmeocernig thetatio abouteouslar stimlatintecnoogytomean brod throug cces

2、sto elvnt lirturAt firt te aicle iroduced te princpls andapplicatonaute teniues o neuomsclar timanw conta TENSan FSAnd e TES echnology imainlysed orpa relief，the ESis mnly ud oreailttion.hen intodced thraters about FEStechnlogy whih is populr no.Atast, pointed o the ak of nermuscular imulatn technol

3、og,andde heprospectsforthology trouh stuid ad summarizedte tate ofth tchlg.1、引言神经肌肉电刺激（neuromscular electric stimultion，NMES)是指运用低频脉冲电流刺激神经或肌肉引起肌肉收缩，从而提高肌肉功能或治疗神经肌肉疾患的一种治疗技术。它常常应用于由于中风和脊髓损伤（SCI）等引起的瘫痪和肌无力的康复治疗以及多种的疼痛的缓和治疗中。现今不少国内外学者致力于多种治疗设备、措施的研究工作中,以盼望能达到修复患者平常生活中的正常运动和功能中。目前广泛应用的刺激措施有经皮电神经刺激（rans

4、ctos ecticl nere imlion，ENS）和功能性电刺激(functinal leicalsmlatio,FES）,本文就是从这两个方面简介神经肌肉电刺激技术的。、经皮电神经刺激(TENS)2. TN镇痛机制ENS是一种外周刺激，即将电极贴于皮肤表面作为一种医疗手段用于疼痛及康复治疗。其作用机制目前公认有两种学说:一是ela和Wall提出的闸门控制学说:在脊髓背角内的胶质（SG）细胞有一种类似闸门的神经机制,它能削弱或增强来自外周上传到中枢的神经冲动。TEN可引起粗纤维的兴奋,激活SG细胞,从而克制同节段细纤维传入的伤害感受信号对脊髓背角投射神经元（T细胞)的兴奋作用。二是TEN

5、S可使中枢释放多种镇痛物质,其中以内源性阿片肽最为重要。韩济生研究证明,低频(2Hz)电刺激可使中枢释放内啡肽和脑啡肽,而高频（10z）刺激则引起强啡肽释放增长,当2H和100Hz交替刺激时，三种阿片肽同步释放,从而引起全身性的镇痛作用。此外，羟色胺、去甲肾上腺素等多种神经递质，也参与了E的镇痛作用。进一步的研究表白，外周刺激可导致相应神经递质的基因体现增强,罗非对单发佐剂关节炎模型大鼠行反复电针治疗后发现关节炎大鼠脊髓中脑啡肽、胆囊收缩素和P物质的自发释放均有明显变化,如P物质自发释放的增高延迟,脑啡肽释放的增高提前浮现，以及胆囊收缩素自发释放的减少恢复正常，而这些变化均可缓和关节炎性疼痛。

6、.临床应用1、 治疗慢性疼痛Gadsby和Floerdw对8个慢性背痛采用TNS、ALTENS治疗进行系统评价，选择了其中6个实验共288例研究为对象,其中四个实验的8例患者采用了ENS治疗,两个实验的30例患者采用AENS,其他140例患者采用安慰性治疗作为对照组。Meta分析成果显示实验组慢性背痛的患者疼痛明显缓和,活动限度明显改善,且TES治疗慢性背痛的有效性是安慰治疗组的1.6倍。2、 术中疼痛的缓和Toyota等选择5例ASA1级,将微创喉内窥镜手术的患者随机分为三组:对照组(全麻,n=15)，芬太尼组（全麻+芬太尼，n15)，S组（全麻TNS ,n=15）。所有患者予硫喷妥钠(4m

7、gg）和维库溴胺（.1mg/kg)诱导后气管插管,对照组予异氟醚（11.5%)笑气(6%)和氧气(3%)维持麻醉;其他两组与对照组不同的是：芬太尼组麻醉诱导时加用芬太尼(2gkg)；TEN组麻醉诱导时加用TE,直至手术结束。成果发现TENS组与对照组相比，HR,DAP和MAP的升高被明显克制，并且TENS组和芬太尼组的尼卡地平用量明显少于对照组。因此yota等觉得在微创喉内窥镜手术时TEN的效果可以等同于芬太尼。3、 缓和内脏疼痛Chauha等分别观测34例综合症的患者（第一组),5例冠状动脉疾病的患者(第二组),16例心脏移植的患者(第三组)，通过Jdkns多普勒观测静息状态下和EN刺激5分

8、钟后左侧冠脉系统的冠脉血流率(CBFV),成果发现TNS治疗可增长胸前区疼痛患者（第一组合第二组)的冠脉血流速率，但是对心脏移植患者没有影响。TENS对三组患者体循环的血流动力学均无影响。因此她们觉得TES治疗后可产生局部舒血管物质或直接减少交感活性使血管扩张,冠脉血流增长。而前人研究也显示ENS治疗可以缓和心绞痛患者的疼痛，改善心肌乳酸代谢，改善S段的减少，减少平均动脉压和全身的血管阻力;在远期研究中,ENS治疗组患者运动耐力增长，心绞痛发作频率下降，硝酸还原酶的消耗减少。4、 对周边神经损伤后再生的影响近年来,国内、外学者根据不同类型的电刺激、多种病理模型以及多种检测手段得出的大量实验成果

9、证明,远端负极电流有增进神经再生的作用。神经生长因子(nerve roh factor，NG)及受体等物质在电场中被极化后，向阴极移动,特别是NGF,由于其自身带有较强的正电荷,这些物质在阴极的汇集刺激了神经纤维的生长。尚有学者觉得电流增进了雪旺氏细胞的增殖与迁移,从而诱导神经纤维的生长。由于神经系统生理上的复杂性，再生状况易受局部微环境的影响，故电刺激对神经再生的作用也是多因素的，且诸多因素间互相影响。除上述的神经趋化假说外,电刺激的增进作用尚有下述几方面：增长损伤处的血液灌注，改善轴浆流动，减少Ca2+内流并减少其影响,提高再生轴突通过瘢痕组织的能力，增进雪旺细胞增殖及髓鞘再形成等。5、

10、其她作用Kapla对104名孕妇分娩过程使用TES,研究表白TES能较好的缓和疼痛,同步对母体和新生儿均无不良影响。Somro发现TNS可以作为老年患者逼尿肌紊乱的治疗，特别合用于无法口服奥昔布宁的患者。由上述可知ENS不仅有明显的镇痛效果，且可以改善局部组织微循环,增进神经再生作用，是一种无创、无痛苦、使用以便、适应证广泛、不受人群限制甚至可以用于儿科患者及精神或智力障碍患者的非药物镇痛措施，有较大的研究价值。3、 功能性电刺激(ES).FS作用原理FE是运用一定强度的低频脉冲电流（100Hz如下,多为20Hz),通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，从而诱发肌肉运动或模拟正常的肌肉自主运

11、动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。FE规定在治疗的肢体解剖上具有完整的神经传导通路,即是由于中枢神经系统(脑和脊髓)损伤引起的肌肉功能障碍,而对于不具有完整的神经传导通路的周边神经损伤引起的肌肉无力,FES难以发挥作用。当FS工作时,电流在兴奋运动神经元控制肌肉收缩的同步，传入冲动通过a纤维调节协同肌和克制拮抗的活动，由此调节屈肌和伸肌群之间的肌张力平衡,保持并提高关节的活动范畴,增进肢体的功能恢复。这种按预先编定程序的人工运动模式,将信息无多次反复地向中枢传入，在中枢留下持久的记忆,使中枢神经发生可塑性的变化，是一种使用依赖性可塑性(us-dependet pstiity),也

12、是FES对肢体的运动、随意运动的控制和改善的神经生理基本。. 应用现状功能性电刺激(unona eecalstiulatin,FES)作为一种治疗措施，已广泛应用于康复治疗领域中。近年来，越来越多的研究已开始关注FES在改善患者运动功能方面的作用,特别是脑卒中后和脊髓损伤后患者的肢体运动功能恢复和重建。下面将对FES技术的应用范畴进行粗浅的分类：1、 下肢康复治疗中的应用Grnat等运用单极电刺激9名偏瘫患者产生足背屈动作，治疗周期为2部分,第1期为11周治疗,周随访；之后，再进行4周的治疗,4周随访。成果显示，无论偏瘫患者在不同质地地面上行走的能力，还是采用Barhtel指数评估动作得分，都

13、显示出F有明显的疗效。Bridge等人总结了前人的经验,同样运用单组电极刺激排神经，以诱发偏瘫患者在步行中的足背屈动作。32名偏瘫患者随机分为治疗组与对照组。经13周治疗后，治疗组患者的步行速度有所提高。张定国等人通过对步态分析的研究,基于表面积电信号研制出基于中枢模式发生器的下肢功能性电刺激系统,该系统通过模拟CP网络来控制FE刺激下肢运动,实验搭建了ES下肢步行实验平台，开展了正常受试者参与的电刺激实验，对所设计的FES 控制系统进行了验证与评估。成果显示可以实现下肢瘫痪患者的步态运动。Drk.Everar等人通过对比足下垂功能性电刺激器和矫形器对足下垂患者的治疗和康复作用,她们通过选用中

14、风不久（月内)的93名受试者提成3组进行对比研究，每组观测12周，第一组(3名受试者)前六周使用功能性电刺激器A(lke)，后六周使用足下垂矫正仪FO(ankle fo ohosi);第二组（31名受试者)AFO-WA;第三组(2名受试者）FO-AF。成果表白功能性电刺激器和矫正仪均有较好的矫正效果,但刺激器的治疗效果更加明显。2、上肢康复治疗中的应用由于上肢所完毕的动作远比下肢精细而复杂,实现ES难度较大，因此发展远不如助行器。Gacain等设计过一种系统,将刺激电极安放在前臂屈指深、浅肌、伸指和伸拇肌部位。由于大部分脊髓损伤患者仍能随意控制肩部运动，因此将控制刺激输出的控制器安装在患者肩部

15、:抬肩使屈指肌受到刺激,降肩使伸指肌受到刺激,而肩部动作的幅度则决定刺激的强弱。经试用5例，据报告可伸展手掌,把握物体,甚至可完毕进食、喝水等动作。Ppoic等对脑卒中患者采用FES治疗，S的参数为频率50H,脉宽300us，电流强度1545，治疗30分钟次，1次/天，3周后发现患者手腕及手指的功能明显改善。Lourecao等对9位脑卒中患者予以20分钟/次,1次/天，共个月的FES治疗,成果发现患者上肢功能较前明显改善，与对照组相比,差别有明显性意义。奥地利Graz大学开展了用EG控制FS神经假体系统的尝试性研究，在最新报道中发布了运用上肢想象动作电位的模式提取，进行四肢瘫痪患者上肢运动功能

16、恢复的阶段性成果。Hauglad等人实现了偏瘫患者足下垂的电刺激控制,并成功实现了四肢瘫痪患者的手握、抓取动作的电刺激控制。法国LIRM实验室的Poignet专家团队提出了基于FES技术控制关节刚度来克制颤抖的措施。她们设计了一套使用FES控制关节对抗肌从而增强关节刚度的颤抖克制系统。该系统目前可以实时预测颤抖特性,同步把颤抖运动与自主运动分离出来。3、 助呼吸仪运用刺激隔神经维持呼吸大概算得FES临床应用的最早尝试。早前Glen等研制的植人电极、无线联系的隔神经刺激系统。铂丝电极缠在颈段或胸段隔神经干上，植人皮下的接受器收到体外发射器发来的无线电信号后进行积分,变成刺激脉冲,刺激隔神经引起吸

17、气,刺激停止则自然呼气,节律可调。试用40例，其中32例平均使用年0个月，效果良好。4、 尿失禁治疗仪功能性电刺激的治疗作用重要体目前重建脏器的功能上。近年来,功能性电刺激在治疗尿失禁和盆底器官脱垂时应用比较广泛，但机制尚不完全明了。对尿失禁的治疗也许从两方面发挥作用,一是刺激尿道外括约肌收缩，通过神经回路进一步增强尿道括约肌收缩，加强控尿能力;二是刺激神经和肌肉,通过形成冲动，兴奋交感通路并克制副交感通路、克制膀胱收缩和减少膀胱收缩能力。国内外文献报道,采用电刺激治疗女性尿失禁的有效率在60%80%之间。5、 其她应用此外该技术还应用与其她地方，例如用于脑卒中后吞咽障碍患者的治疗;脊弯曲的治

18、疗等应用，且通过验证,该措施有一定疗效。功能性电刺激(E)技术的概念于1961年被正式提出后来,在全世界范畴内引起了广泛关注，特别是近来几年来，随着科学技术的迅猛发展,该项技术已被广泛应用在各个领域。近来也是生物医学工程领域研究的比较火热的一种方向,国内外的多支科研队伍对FES自身及其有关的理论也始终在不断地进行拓展和完善。这其中就涉及了电极使用方式和构造、刺激方式、刺激波形等参数的研究,下面本文就功能性电刺激的技术参数作相应论述。.3功能性电刺激的技术参数功能性电剌激在实际应用中要根据应用目的、患者病情、耐受度以及病程长短等因素不断调节刺激参数。涉及刺激方式、刺激波形、刺激强度、刺激频率、刺

19、激包络等。1、 刺激方式根据功能性电刺激电路输出信号的不同,可将功能性电刺激方式分为两种:电压刺激和电流刺激。电压刺激的幅度一般为100V至20V之间。一般选择100V或者150V,电流刺激的幅度一般为0rnA至10A，可根据需要进行调节。电压刺激与电流刺激各有优劣。电压刺激的长处是可控性好,实现电路简朴。电流刺激强度一致性好，但实现复杂。2、 刺激波形刺激波形有单向和双向之分。单向刺激波形是指刺激的电流或者电压只有一种极性,永远不小于 （或者不不小于0)。双向剌激波形是指剌激的电流或电压有两个极性，在不小于0的刺激相结束后,紧跟着一种不不小于0的刺激相,或者相反。单向刺激和双向剌激各有利弊。

20、单向剌激的电路实现简朴,可控性好,电路稳定性好,故障率低。但有文献报道单向刺激也许会导致电荷在组织中的积累效应,容易导致疲劳;双向剌激电路实现复杂，稳定性较差。但其长处是无电荷累积效应,肌肉不易疲劳。本文所述措施采用实现起来更为简朴的单向波形。3、 刺激强度功能性电刺激的强度是指刺激波形对时间的积分。其中PW表达脉冲的宽度(Pule dth),PA表达脉冲的幅度(Ple Amtde)。通过不断变化这两个参数的值就可以实现对功能性电刺激强度的实时调节。理论上讲，无论如何调节,只要脉冲的面积相等,即视为刺激强度相等。但在实际应用中，脉冲的幅度(PA)需要不小于一定的阈值才可以对目的肌肉形成有效的刺

21、激进而导致收缩。这个阈值视不同的被试以及不同的肌肉而不同，因此不适宜作为调节参数。但当脉冲幅度不小于阈值的前提下,两者的调节对诱发肌肉收缩的效果是一致的。调节脉冲幅度的措施实现电路复杂，调节时间长，实时性差;调节脉冲宽度的措施实现电路简朴,运用脉宽调制(Pulse widtmodulaion，PWM）原理即可进行精的确时有效的调节。4、 刺激频率刺激频率是指单位时间内浮现的电剌激脉冲个数。例如，电刺激频率为40Hz是指，秒钟产生0个脉冲波形。由于需要考虑到刺激肌肉的疲劳特性，刺激频率会有一定上限，否则肌肉容易疲劳，效果不好。、刺激包络线刺激包络或刺激包络线(nvelope)是指功能性电刺激强度

22、随时问变化的曲线。注意此概念要与刺激波形辨别开。其中强度是波幅和脉宽的乘积,一般我们采用定幅值刺激,通过变化脉宽来调节刺激强度。由此可见，脉冲宽度越宽,则刺激强度越大;脉冲宽度越窄,则刺激强度越小。4、 总结和展望本文对神经肌肉刺激（NM）的两个方面：经皮电神经刺激(TNS）和功能性电刺激（FS）展开综述，简介了她们各自的作用机制和现如今的研究现状。从中我们发现经皮电神经刺激技术现今重要用于多种疼痛克制治疗，同步也有学者发现该技术也可改善局部组织微循环，增进神经再生的作用;功能性电刺激技术应用范畴相对比较广,特别是在提高肢体功能障碍患者（脑卒中患者和脊髓损伤患者）肢体活动能力方面作为一种常用手

23、段,除此之外,近年来，FES技术还被广泛的应用在泌尿辅助系统、呼吸辅助功能的应用中。由此可以看出，神经肌肉刺激广大的研究价值和发展前景,特别是在康复治疗这一领域有着举足轻重的地位。固然也存在着诸多需要进一步加强的地方，例如电极材料的选用、电刺激参数的最佳搭配、功能性刺激仪的微型化和可植入式等需要我们去进一步完善。总之，神经肌肉电刺激技术作为医疗康复领域中年轻而富有朝气的一种重要研究方向，需要广大科研工作者往里面投入更多的精力和时间,其成果也必将是巨大的。参照文献BarbaraMDouce,Ay L,isaGrifi.Neurmuscul electricalstiltion for sktal

24、 mucl fucionJrcn:US ational LibraryofMediine,Dik G. Everert,Rihrd B. ein,ea.Effectof a Fot-Dop timulaor and neoot Ois onalkingeormaceAfr Stoe: A Multceter RnoizedCntrolledTalJ.Aerican Siety f Neurorehiation, 2(7):579-5913WeerD，teinR, Cha KM, t al.Functinaleecrical stmuton uinmicro stiulatrs orrct fo

25、t drop: acasesud Ca J Psio Parao, 82（ 8-9) : 8-79.4ScottWB,BinderMeod SA.Changi tilation tterns imrve erfran dring eletricallyelcitedcoractions.Muscle Nrve,28(2)： 7-80.5Kim C， o GM， Hase k. Stimultio atern-Free Ctrolof FE Cycln: Simulationtdy. Systems an dCyernetisPrt C: Aations and Reviews,， 38(1）:

26、125-134Ao G, evtt AF， Mcarty PA. uctioal electrica stimaton enhancement of uppe extremityunctiona reovery duingtroe reailitatn: A pilt tudy. euohabiiai d Nero Repair,21(3)7Rgnasso KT. Funcna lectricaltiulatin fte spna ord injry： curent u， teraputic effes nd utre iections Spial ord, 46:25524.8KesaTM,

27、 PeR, ReismaDS， e alFonal eecticlstimultion of ne plantafexo anddorsfleor muscls effects on pst trke gatoe， Eera G, ompon AK，Chon SL. Does futoal eectrca timultin fr foo drop stength crtcspnal ncons.Neurrehabliation an Neual Rear,.10Prbhaaran S,Zaran ，Rile C，t l.Inr-inivdul varailiy in the apaci for

28、motor ecoveryafterihmic strokeJNeurorehab NuRepai,，22（1) :6-71.11YOzukaM,mimT,Nakagawa,etlffecs and indcatins f saral Suface theraputic electricl iultion in refratory riay incontinnce J.in Rehai,，8():9-907.1FerainM, Po A. Therelationshp betw eletrical stimulus ad joint torque： dnamic model J. IEE Ta

29、n. Rehab. En., 8(3):342-3.ohasson BB, akerE, rbin，et a1Acuunre andtransctnous never stimultin n tke rehaitatio:a andoized cotrlled trial ro,32: 0-13.14Churh C, Price CRandom eonroledtria to evaluate theeffect of sufae eroucula ectica stmuaton to the souler afer aue stroe Jtoe, , 37: 29301.5Hara Y, u

30、kihroS, gawa Y,etal.ybrid wrAssistedFunctinal Electica timlationtoImpre miparetic Upperteity unction J.Am J Phy M d ehabil, , 85 ( 12): 7-985.16Lynch CL， Poovic R. Closedlopcool of inducemuse cntactosJ. IEEE Contol Systems agazi, ,28()：40-50.17Kegh JWL，Morrison S,Barrett. Stregtan oordinatiotrainig

31、are bo fetive in ucin tepotualtremr aplitude o ldr aduts J.Jounal of ing nphysilctiy,， 8(）:43-6.18BegqtA,Ca J,Lagerquist ,Mng ,Okuma Y,ColnsD.Nuomusula elecrical timulatio：implcationsof he eectriclyvokd senoryvoleyM. Eur J plPhysi，；1:24226.1ScbneiderA,Stieglitz Ipantblflexiblelectodesfrunetionletieal stimulion.edca DeviceTecholoy，,15（l):6-80SighJ, Sing,Wanjm K, Kib N, dairY Acceptabilityo coentnal owrlmb orhoesin the rural arasJ IndianJorno Phyica Meicieand Reablita，；12:1-24.