脊髓损伤的神经生理基础
原发性损伤机制
脊髓损伤（SCI）的病理过程分为原发性损伤和继发性损伤两个阶段。原发性损伤指创伤事件直接导致的机械性损伤，临床最常见形式为挫伤伴随持续性压迫。其他形式包括撕裂伤、横断、牵张或挫伤伴随短暂性压迫。无论何种形式，原发性损伤均会立即破坏脊髓组织，损害上下行传导通路。这一过程具有不可逆性，在创伤瞬间即完成。
继发性损伤级联反应
继发性损伤是发生在原发性损伤后的复杂病理生理级联反应，其特征性事件随时间演变：
急性期（0-48小时）：离子失衡、少突胶质细胞死亡、神经炎症、血管损伤
亚急性期（48小时- 14天）：持续炎症、巨噬细胞-轴突相互作用、胶质瘢痕启动、血管生成
慢性期（数天至数年）：胶质瘢痕成熟、抑制性微环境、持续性神经炎症、神经病理性疼痛机制
继发性损伤级联反应
FES治疗脊髓损伤的原理机制
FES的作用基础
功能性电刺激（FES）治疗脊髓损伤的理论基础基于三个关键发现：
1.残留神经通路的存在：即使临床诊断为"完全性"损伤，多数患者仍存在穿越损伤区的解剖连续性纤维。
2.下位神经环路的可塑性：残留轴突在神经网络中表现出可塑性，参与功能恢复。
3.中枢模式发生器（CPG）：腰骶节段存在能产生节律性运动输出的神经回路，可被外部刺激激活。
促进功能改善的神经可塑性机制概述
核心作用机制
Hebbian理论驱动的神经可塑性
FES通过"共同激活，共同强化"的Hebbian可塑性原理增强神经连接
1.引导适应性重塑：FES通过激活受损神经通路，引导有益的神经网络重组。
2.残存纤维再激活：FES激活损伤区周围的残存感觉运动神经元。
3.脑机接口协同：动物研究显示脑控FES可增强大脑与瘫痪肌肉的连接
Hebbian理论解释FES作用机制示意图
中枢模式发生器（CPG）激活
1.腰骶CPG定位：位于L2节段的CPG控制髋、膝和足部肌肉。
2.非大脑依赖的运动启动：CPG可在无大脑直接输入下启动下肢运动。
3.人体CPG证据：Dimitrijevic等（1998）首次通过硬膜外电刺激在完全性SCI患者中诱导出踏步样运动。
CPG介导的运动控制机制
神经重塑的分子基础
1.SCVsx2:Hoxa10中间神经元：单细胞测序发现这类兴奋性中间神经元对FES响应显著，其轴突密集投射至腹侧脊髓运动区
2.网状脊髓通路重塑：运动皮层→前庭核/巨细胞网状核（vGi）→腰骶通路的替代性下行控制。
3.前脊髓神经元作用：通过长程连接桥接受损节段，实现跨损伤区传导
FES多系统治疗效应机制整合图
神经营养因子上调
1.BDNF/TrkB通路：FES显著增加脑源性神经营养因子（BDNF）表达。
2.cAMP信号级联：激活PKA→抑制RHO-ROCK通路→减轻髓鞘抑制→促进轴突生长。
BDNF/cAMP信号通路在神经重塑中的作用
HUIYING
FES治疗脊髓损伤的临床疗效验证
上肢功能恢复
•手术协同作用：术前FES增强供体肌力，术后促进移植肌激活任务特异性训练：FES结合肌电控制（MeCFES）显著改善24例患者抓握力。
•与传统疗法比较：FES +常规作业治疗（COT）比单纯COT显著提高功能评分
功能性电刺激辅助手部活动系统
下肢功能与运动能力
•步行能力：16周FES辅助踏车训练显著改善SCIM移动子评分代谢与结构改善：FES骑行增加肌肉质量、运动耐力及摄氧量。
•联合干预效果：全身振动（WBV）同步FES显著提高平均/峰值血流速度。
自主神经功能改善
•心血管调节：FES划船训练显著提高VO2峰值（最大摄氧量）膀胱功能：骶神经根刺激（15脉冲/秒）可促进膀胱排空。
•临床证据：EES优化参数显著改善4例患者排尿效率。
神经病理性疼痛管理
•疼痛缓解率：53% SCI患者经历难治性神经痛。
•外周神经刺激：2/20Hz胫神经刺激减轻机械/热痛觉过敏。
•炎症调节机制：FES降低血清CRP、IL-6、TNF-α水平。
电刺激后的疼痛门控理论
HUIYING
FES治疗参数与实施方案
关键刺激参数
参数类别 |
具体参数 |
参数范围 |
效果描述 |
脉冲宽度 |
短脉宽 |
10-50μs |
招募更多肌纤维，产生更大关节扭矩 |
常规范围 |
300-600μs |
/ |
|
长脉宽 |
500-1000μs |
降低肌肉疲劳 |
|
频率选择 |
低频 |
20-50Hz |
减少肌肉疲劳，产生平滑收缩 |
高频 |
>50Hz |
提高力响应平滑度但增加不适感 |
|
变频刺激 |
/ |
降低疲劳 |
|
振幅调节 |
/ |
0-100mA |
患者特异性调节。高振幅激活更多肌纤维，但可能抑制中枢信号输入 |
结论
FES治疗脊髓损伤通过多机制协同促进功能恢复：在神经层面激活CPG并诱导Hebbian可塑性，在分子层面调节BDNF/cAMP信号通路促进神经重塑，在细胞层面调控肌纤维转化和炎症反应。临床研究表明，优化参数（脉宽300-600μs、频率20-50Hz、振幅个体化）的FES方案可有效改善运动功能、膀胱控制和神经病理性疼痛。未来研究需进一步整合新型刺激技术，探索急性期干预策略，并建立个体化参数预测模型以最大化治疗效果。
HUIYING
回映产品
手持式功能性电刺激仪 FES
该设备基于功能性电刺激（FES）技术，通过 低频脉冲电流（1–100Hz） 刺激目标神经或肌肉，绕过受损的中枢神经系统（如中风、脊髓损伤部位），直接诱发肌肉收缩，以恢复或辅助运动功能。该手持式FES设备通过 精准电刺激+智能反馈，为神经损伤患者提供非侵入、可定制的运动功能重建方案，覆盖从临床到家庭的康复需求。其核心价值在于 “替代-训练-重塑” 三重作用：短期替代瘫痪肌肉，中期促进神经可塑性，长期恢复自主运动功能。
适应症:
该设备适用于 神经系统损伤导致的运动功能障碍，主要临床应用包括：
1.中风康复
上肢功能重建：辅助手部抓握、腕部伸展（如改善勺子握持能力）。
下肢步态训练：纠正足下垂（如刺激腓神经实现踝背屈）。
2.脊髓损伤（SCI）
肌肉激活：预防废用性萎缩（如股四头肌电刺激维持肌力）。
膀胱功能管理：刺激骶神经根改善排尿（需专业配置）。
3.多发性硬化（MS） & 脑瘫（CP）
痉挛管理：通过拮抗肌刺激抑制异常肌张力（如腕屈肌痉挛缓解）。
4.运动医学
术后肌肉再训练：如膝关节置换后股四头肌激活。
回映手持式功能性电刺激FES设备示意图
回映自研type-C转生物电极示意图
基本参数
幅值：0~80mA
频率：1~100Hz
脉宽：0~1000us
淡入淡出时间：0~4s
通断比：1:5 ~ 1:1
刺激时间：0~30min
脱落检测：通过实时阻抗检测分析电极脱落状态确保刺激有效性；
