黃先甲，張坤坤， 綜述 錢 軍，荊玨華 審校

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◇綜 述◇

振蕩電場刺激治療脊髓損傷的研究進展

黃先甲，張坤坤， 綜述 錢 軍，荊玨華 審校

脊髓損傷的治療已經(jīng)成為當前醫(yī)學研究的熱點之一。但是，由于脊髓損傷后神經(jīng)通路再形成和重建的復雜性，使目前所取得的實際療效仍然不樂觀。振蕩電場刺激在促進神經(jīng)再生方面具有其獨特的優(yōu)勢，并被逐漸應用于脊髓損傷的治療。振蕩電場是使直流電場的極性每隔15 min反轉(zhuǎn)1次，在陽極造成脊髓軸突退化之前將其電極轉(zhuǎn)化成陰極，從而促進脊髓軸突的雙向生長?，F(xiàn)就振蕩電場刺激在脊髓損傷治療應用中的研究進展進行綜述。

振蕩電場刺激；脊髓損傷；功能恢復；髓鞘形成；膠質(zhì)瘢痕

脊髓損傷多見于交通事故、高空墜落和運動意外等，受傷后導致患者損傷平面以下的感覺、運動等功能障礙，這種障礙往往是永久性的，給患者本人及其家庭帶來了巨大的心理負擔和經(jīng)濟負擔[1]。目前主要從三個方向治療脊髓損傷[2-4]：① 降低原發(fā)性和繼發(fā)性的損傷；② 促進受損軸突的再生和再髓鞘化；③ 借助輔助措施重新獲得功能恢復。振蕩電場刺激(oscillating field stimulation，OFS)是近年來出現(xiàn)的一種促進脊髓損傷修復的物理方法，在動物實驗和人體臨床試驗中都取得了長足的發(fā)展?，F(xiàn)就OFS對損傷脊髓的治療效果進行綜述，并指出可能存在的問題和未來的發(fā)展方向。

1 OFS的發(fā)展

現(xiàn)有的研究已經(jīng)證實內(nèi)源性的電場可影響胚胎發(fā)育過程中神經(jīng)索的封閉和神經(jīng)系統(tǒng)特定部分的發(fā)育和分化，從而導致從事神經(jīng)修復方面的研究者探索外源性的電刺激對神經(jīng)損傷后運動功能的影響[5]。

1979年，Jaffe et al[6]將體外培養(yǎng)的雞胚背根神經(jīng)節(jié)置于直流電場(140 mV/mm)中數(shù)小時，發(fā)現(xiàn)在電場中神經(jīng)纖維會發(fā)生反應。隨后，Borgens et al[7]將較弱的直流電場作用于海洋七鰓鰻幼蟲橫斷的脊髓組織上，發(fā)現(xiàn)脊髓組織面向電場陰極的軸突再生速度有明顯提高。

雖然有研究者證實了直流電場刺激可以促進脊髓再生，但是Fehlings et al[8]用電場刺激大鼠脊髓損傷模型，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)再生向電場陰極明顯優(yōu)于電場陽極，同時該研究也顯示長時間朝向陽極的軸突會發(fā)生萎縮，其結果與McCaig et al[9]的研究結果基本一致。由此可見，電場刺激的極性對脊髓損傷后的神經(jīng)再生有著一定程度的影響。

隨著對“電場陰極促進神經(jīng)軸突再生優(yōu)于陽極”的實驗現(xiàn)象的不斷確認，Borgens et al[10]提出了OFS技術：使直流電場的極性每隔15 min反轉(zhuǎn)1次，在陽極造成脊髓軸突退化之前將其電極轉(zhuǎn)化成陰極，從而促進脊髓軸突的雙向生長。

2 OFS對脊髓損傷的治療作用

2.1 OFS對脊髓損傷后軸突再生的影響 脊髓損傷后的軸突再生一直是研究的焦點內(nèi)容[11]。已有研究[12]顯示軸索嚴重損傷時，大量鈣離子進入細胞內(nèi)，促使軸索細絲崩解，而外加電場可以阻止鈣離子進入損傷的軸索[13]。外加電場通過減少軸索退變，從而促進其恢復和再生[14]。Jaffe et al[6]證明了生長的神經(jīng)纖維對電場有反應并且沿著電壓梯度生長；同時軸突在直流電場(70～140 mV/mm)中以三倍的速度向陰極生長，而持續(xù)暴露于電場陽極的軸突發(fā)生退變。Borgens et al[15]將電場加于成年豚鼠橫斷脊髓背側索的軸突處，發(fā)現(xiàn)新生的、可穿入膠質(zhì)瘢痕的軸突通常<1 μm，且主要分布在損傷周圍的白質(zhì)中。白金柱 等[16]將OFS用于治療脊髓損傷的SD大鼠，結果顯示OFS作用6周和12周時，實驗組可見神經(jīng)纖維再生和軸突計數(shù)高于對照組，兩組軸突計數(shù)和星形膠質(zhì)細胞突起夾角大小的差異均有統(tǒng)計學意義。12周時NF染色顯示實驗組可見較多神經(jīng)纖維通過損傷區(qū)，從而證實OFS對軸突的再生具有一定的促進作用。

2.2 OFS對脊髓損傷后髓鞘形成的作用 研究[17]顯示，少突膠質(zhì)前體細胞介導了脊髓損傷后髓鞘的再生。Barres et al[18]研究發(fā)現(xiàn)生物電活動能促進少突膠質(zhì)前體細胞發(fā)生增殖，隨后的研究[19-20]也證實電刺激能夠促進少突膠質(zhì)前體細胞的分化及髓鞘化。Li et al[21]將電刺激(強度35～120 μA，刺激45 ms，間隔2 s)作用于對正常大鼠脊髓，發(fā)現(xiàn)電刺激能促進正常大鼠皮質(zhì)脊髓束中的少突膠質(zhì)前體細胞出現(xiàn)增殖和分化。

荊玨華 等[22]將OFS作用于脊髓損傷的SD大鼠，分別在4、7、10、14 d取實驗組和對照組大鼠的脊髓進行免疫熒光染色,觀察成熟少突膠質(zhì)細胞的表達，結果顯示：成熟少突膠質(zhì)細胞的表達在4～14 d時呈現(xiàn)遞增的趨勢，但實驗組成熟少突膠質(zhì)細胞在表達數(shù)量和體積上明顯優(yōu)于對照組，同時細胞排列更加有序。從而證實振蕩電場刺激可以促進少突膠質(zhì)前體細胞活化為成熟少突膠質(zhì)細胞，促進髓鞘的再形成從而改善脊髓損傷后的神經(jīng)功能恢復。

2.3 OFS對膠質(zhì)瘢痕形成的影響 哺乳動物脊髓損傷后會在損傷處產(chǎn)生瘢痕，再生的神經(jīng)突起通常不能穿越瘢痕組織[23]，而膠質(zhì)瘢痕的主要成分就是星形膠質(zhì)細胞。Moriarty et al[24]將OFS(320 V/mm)作用于大鼠脊髓針刺傷的動物模型上，以研究損傷處及其周圍星形膠質(zhì)細胞的募集和分布。結果顯示：在OFS的作用下，損傷處的星形膠質(zhì)細胞比周圍少，說明OFS能夠有效地抑制星形膠質(zhì)細胞的增生，減少膠質(zhì)瘢痕的形成。該研究為OFS促進軸突再生提供了新的理論依據(jù)。

2.4 OFS對脊髓損傷后功能恢復的影響 Borgens et al[10,25]在1993年和1999年分別進行了1次狗脊髓損傷后的隨機雙盲臨床實驗，評價植入式OFS對哺乳動物的治療效果和生物相容性，在OFS植入后的6周和6個月評價狗的脊髓功能恢復情況。結果顯示：OFS治療組狗的上下行軸突映射到橫切平面，重新獲得了行走能力；而在假刺激組中則發(fā)現(xiàn)軸突有一定萎縮。OFS在狗脊髓損傷模型中的成功應用與良好效果證明了OFS可促進哺乳動物脊髓損傷后神經(jīng)再生及功能恢復，同時具有一定的生物安全性，也為其用于人類脊髓損傷的臨床治療提供了理論依據(jù)。

2000年，經(jīng)美國食品藥品管理局(FDA)的批準，OFS首次用于人類脊髓損傷修復的Ⅰ期A臨床試驗，并在2005年發(fā)表了試驗結果[26]。參加此次試驗的10例患者進入實驗前均接受了甲基強的松龍治療和減壓處理。患者在脊髓損傷后的18 d內(nèi)植入OFS，OFS作用15周后將其取出，并對患者脊髓損傷的恢復進行評估。結果表明：OFS治療后，患者的觸覺平均分數(shù)、針刺覺平均分數(shù)和運動功能平均分均明顯提高，同時為該儀器在人體的應用提供了寶貴經(jīng)驗。

2006年FDA批準了額外10例脊髓損傷患者加入這項研究，由Shapiro領導進行Ⅰ期B臨床試驗，隨后還有4名志愿者加入[27]。實驗結果表明：OFS治療可以改善患者的疼痛癥狀，也有利于患者運動功能恢復。

3 OFS應用的局限性

3.1 人類臨床試驗的局限性 Hamid et al[28]指出：Shapiro針對OFS的一期A臨床人體試驗中，10例受試者植入OFS之前均經(jīng)歷了藥物(甲基強的松龍)治療或手術減壓治療，因此神經(jīng)功能恢復的程度不能直接用于評估OFS的作用，也有可能是藥物治療或手術治療對脊髓損傷的效果，OFS的治療效果應通過多機構的隨機雙盲臨床試驗后被評價。

3.2 造成脊骨髓損傷的方式不統(tǒng)一 目前研究脊髓損傷繼發(fā)性損傷的病理變化多采用撞擊和壓迫損傷，但是在打擊過程中脊髓偏移或壓迫不均都會造成致傷結果的不一致；研究脊髓損傷后軸突再生則多采用脊髓橫斷的動物模型，但是橫斷造成的病理損害與臨床之間缺乏相關性；脊髓缺血損傷模型的控制性較好，但其制備過程較為復雜。脊髓損傷模型的局限性降低了OFS治療效果的可比性。

3.3 電場刺激參數(shù)沒有統(tǒng)一標準 目前，有些實驗在動物脊髓損傷后較短時間內(nèi)施加OFS，而有些則經(jīng)過一段時間之后才施加干預，而且刺激的持續(xù)時間也各不相同，也沒有施加刺激電流大小的統(tǒng)一標準。由于變化的條件較多，很難綜合評價OFS對脊髓損傷的治療效果。

3.4 OFS治療脊髓損傷效果的評價 目前，較多的研究者通過行為學評分(運動和感覺功能)來評估OFS的治療效果，但是易受人為主觀因素干擾；也有研究者將實驗動物的脊髓組織進行切片處理，通過免疫組化等方法直接觀察軸突再生情況，其僅限于動物實驗，不能用于人體臨床試驗。所以評價OFS治療效果的標準和方法還需商榷。

4 展望

由于脊髓組織損傷后復雜的病理生理變化，單一的治療措施難以獲得良好的治療效果，根據(jù)OFS在動物實驗和人類臨床試驗的反饋情況，可探索把電場刺激技術與其他修復脊髓損傷的方法相結合。McCaig et al[29]將直流電場和神經(jīng)營養(yǎng)因子聯(lián)合作用于異爪蛙神經(jīng)元細胞，發(fā)現(xiàn)朝向陰極的神經(jīng)生長更快。由于肌苷是一種無毒的神經(jīng)營養(yǎng)因子，已經(jīng)作為食品添加劑使用，于是在2007年，Bohnert et al[30]將肌苷與OFS相結合用于在體動物實驗，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療增強了受試動物上下行投射纖維的再生。因此可以推斷聯(lián)合療法比單一療法可能更有效果，將OFS與其他治療脊髓損傷的方法相結合，形成互補，有可能在脊損損傷的治療領域有所突破。

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國家自然科學基金面上項目(編號：81471273)；安徽省自然科學基金面上項目(編號：1408085MH184)

安徽醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院骨科，合肥 230601

黃先甲，男，碩士研究生； 荊玨華，男，博士，主任醫(yī)師，責任作者，E-mail：jjhhu@sina.com

時間：2016-10-12 13:23:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20161012.1323.038.html

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1000-1492(2016)11-1710-03

10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2016.11.038

2016-06-16接收