于會艷 樊東升

肌萎縮側(cè)索硬化(amytrophic lateral sclerosis，ALS)是一種累及上運動神經(jīng)元(upper motor neuron，UMN；大腦皮質(zhì)運動區(qū)錐體細胞)和下運動神經(jīng)元(lower motor neuron，LMN；腦神經(jīng)核、脊髓前角細胞)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要病理改變是運動神經(jīng)元的減少和殘存神經(jīng)元的變性，臨床主要表現(xiàn)為球部(延髓)支配的肌肉和四肢、軀干肌肉無力和萎縮，最終進展至呼吸肌無力而死亡。ALS的UMN和LMN之間存在復(fù)雜的相互作用，LMN損害是ALS的重要的病理生理過程。LMN損害與ALS病情嚴重程度和病程進展密切相關(guān)，評估LMN損害可以幫助診斷、臨床分型、判斷預(yù)后，并且能夠評估藥物試驗的療效，對臨床和科研均有重要意義。目前在傳統(tǒng)肌電圖檢查的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出一些新的檢查和評價方法。本文對ALS下運動神經(jīng)元損傷的臨床評估方法研究進展進行綜述。

1 ALS的起源和傳播

ALS起源于上運動神經(jīng)元還是下運動神經(jīng)元仍然存在較多爭議。在神經(jīng)元-神經(jīng)元假說中，一直存在順軸突(dying forward)損害與逆軸突(dying backward)損害兩種進展方式的爭論[1-2]，前者認為ALS首先出現(xiàn)上運動神經(jīng)元受累，沿皮質(zhì)錐體細胞軸突順向傳播至脊髓前角細胞，而后者認為ALS早期即有下運動神經(jīng)元功能障礙，這種功能改變可能是從周圍神經(jīng)的遠端(突觸前神經(jīng)末梢、神經(jīng)肌肉接頭或者遠端軸突)開始，逐漸進展至近端，最長和最大的運動軸突首先受累，隨后近端更多的軸突受到累及，這種現(xiàn)象可能與運動神經(jīng)遠端代謝改變和軸漿運輸減少有關(guān)[3-4]。逆軸突損害的假說可以很好解釋為什么ALS患者遠端例如手或足肌肉常見首先受累，但不能解釋延髓起病或者與遠端肌肉同節(jié)段神經(jīng)支配的椎旁肌肉早期受累的現(xiàn)象。另有一種細胞-細胞假說，該假說認為ALS起源于同一部位的上下運動神經(jīng)元，同時各自沿著不同解剖結(jié)構(gòu)傳播，即上運動神經(jīng)元向相鄰運動皮質(zhì)細胞，下運動神經(jīng)元向相鄰脊髓前角細胞進展。在脊髓中，支配遠端肌肉的前角細胞位于頸膨大和腰膨大外側(cè)，支配近端或中軸肌肉的前角細胞位于內(nèi)側(cè)，有人認為這種排列的順序可能與疾病傳播模式有關(guān)[2]。

2 ALS的LMN損傷

ALS的LMN損傷主要病理改變是脊髓前角細胞的變性和丟失，近來大量的研究報道提出前角細胞的變性是由于早期皮質(zhì)運動神經(jīng)過度興奮引起，由于LMN的超極化受到皮質(zhì)下行傳導輸入調(diào)節(jié)，長時間和高頻率的皮質(zhì)興奮發(fā)放引起LMN過度超極化，導致神經(jīng)損傷。ALS患者中常見的分裂手(split hand)的現(xiàn)象，即選擇性的手部肌肉損害，其拇短展肌和第一骨間肌受累重于小指展肌，該現(xiàn)象支持皮質(zhì)興奮性理論[5-6]。經(jīng)顱磁刺激檢查發(fā)現(xiàn)ALS中支配大魚際肌的皮質(zhì)脊髓束受累程度重于支配小魚際肌的皮質(zhì)脊髓束，支持皮質(zhì)運動功能異常參與了ALS分裂手現(xiàn)象[6]。興奮性氨基酸的毒性作用與LMN易損性相關(guān)，運動神經(jīng)元表達的離子通道，尤其是配體門控興奮性氨基酸離子通道功能障礙可能導致興奮性氨基酸毒性增加，引起神經(jīng)損傷[7]。動物模型發(fā)現(xiàn)在ALS疾病早期階段，在脊髓前角細胞丟失之前，神經(jīng)突觸、神經(jīng)肌肉接頭和遠端軸突已經(jīng)開始出現(xiàn)功能異常，此時脊髓前角運動神經(jīng)元數(shù)量并沒有明顯減少，提示LMN的病理變化可能從遠端開始，逐漸向近端發(fā)展，進而導致前角細胞變性和丟失[3]。另外，ALS的LMN損害還表現(xiàn)出突觸特異性，快速易疲勞的神經(jīng)突觸更容易早期受累，提示突觸特異性與LMN早期損害相關(guān)[3]。

3 ALS下運動神經(jīng)元損傷的臨床評估方法進展

3.1 束顫電位(fasciculation potentials，F(xiàn)Ps)FPs是運動單位的自發(fā)放電，其觸發(fā)涉及從運動皮層到遠端神經(jīng)末梢不同的機制[8]。FPs通常被認為是ALS患者肌電圖上的早期典型改變，可以反映運動單位的早期功能障礙，出現(xiàn)時間早于其他肌電圖異常。ALS相關(guān)的FPs波形具有多時相、時限長，發(fā)放頻率慢的特點，而且波形不穩(wěn)定，常表現(xiàn)出增加的抖動(Jitter)。這種形態(tài)學特征可以作為ALS診斷的生物標志物。在Awaji診斷標準中將FPs納入ALS的電生理診斷標準，使ALS診斷的敏感性得到提高。尤其當FPs出現(xiàn)在既有失神經(jīng)支配現(xiàn)象又有慢性神經(jīng)再生現(xiàn)象的肌肉時更具有診斷意義，而若臨床查體沒有發(fā)現(xiàn)肌肉束顫現(xiàn)象或電生理檢查沒有發(fā)現(xiàn)束顫電位，則應(yīng)懷疑ALS的診斷是否正確。值得關(guān)注的是健康人有時也可以出現(xiàn)FPs，稱為良性FPs，其形態(tài)單一、時限短、波幅小，波形穩(wěn)定，且不伴有其他神經(jīng)源性損害的表現(xiàn)，這些特點可與異常FPs鑒別。但臨床如果發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)廣泛的FPs，即使沒有神經(jīng)功能缺損，也應(yīng)該進行隨訪以排除ALS。由于ALS相關(guān)FPs的發(fā)放頻率可能很慢，在終板肌肉上使用表面活化電極可使其更容易被檢測到。

3.2 復(fù)合肌肉動作電位(compound muscle action potential，CMAP)CMAP是超強刺激后神經(jīng)中所有運動軸突的同時去極化引起。CMAP通過波幅和面積來衡量大小，是功能性運動單位數(shù)量的替代指標，可反映LMN損傷和LMN損傷后的神經(jīng)重新再支配(reinnervation)。慢性LMN損傷有足夠代償時間產(chǎn)生神經(jīng)再支配，可產(chǎn)生CMAP正常的運動電位。而在LMN損傷快速進展的情況下，功能性神經(jīng)再支配作用有限，當運動單位數(shù)量減少到正常的50%以下時，CMAP的波幅和面積均趨于減少[9]。CMAP可用于追蹤疾病進展，但因為神經(jīng)再支配作用的影響，對于病情進展相對較慢的ALS患者，CMAP的變化對運動神經(jīng)元損失的檢測敏感性不如其他技術(shù)。目前，已有臨床試驗采用多組肌肉的CMAP波幅總和的變化研究ALS發(fā)展。Eisen等[9]的研究中描述了一種新方法，通過逐漸遞增刺激強度，記錄從低閾值至高閾值軸突募集運動單位得出的指數(shù)曲線，該曲線能夠了解運動單位存活的數(shù)量，并且從響應(yīng)增量的大小可以估計運動單位的大小，但這種方法的靈敏性和可靠性尚不明確，仍待進一步研究。盡管CMAP波幅的下降不能完全反映運動神經(jīng)元的丟失情況，但它是ALS神經(jīng)傳導檢查中的重要指標，是開發(fā)其他電生理指標的基礎(chǔ)。而且，基于LMM功能障礙先出現(xiàn)在神經(jīng)遠端的假說，CMAP下降可能反映下運動神經(jīng)軸索早期損害情況，故對研究ALS疾病進程仍具有重要意義。

3.3 神經(jīng)生理指數(shù)(neurophysiological Index，NI)由于CMAP測量的局限性，目前已開發(fā)了若干新的電生理指標，其中之一是NI。NI是2000年de Carvalho等[10]首先提出的一種評估方法，通過將CMAP波幅除以遠端運動潛伏期并乘以F波的頻率得到NI值，以此評估LMN損害的程度。CMAP反映失神經(jīng)和神經(jīng)再支配，遠端運動潛伏期反映運動軸突末端的退化，F(xiàn)波反映前角細胞的興奮性，隨著ALS病情進展，LMN損傷逐漸加重，出現(xiàn)CMAP波幅降低，遠端運動潛伏期增加，F(xiàn)波數(shù)量減少的變化。因此該方法的優(yōu)勢是將被研究的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)的電生理指標表示為一個整體值，綜合評估LMN的損害。目前大多數(shù)研究選取尺神經(jīng)支配的小指展肌(ADM)作為檢測部位，研究者傾向認為尺神經(jīng)在ALS疾病進程中相對保留較好，可以作為長期隨訪的檢測部位。NI還可以用于ALS患者病情進展速度的評估，一項研究觀察了進展迅速和進展緩慢的兩組ALS患者，以6個月和1年為觀察期，將尺神經(jīng)NI與其他變量包括ALS功能量表評分、用力肺活量、肌力評分進行比較，發(fā)現(xiàn)尺神經(jīng)NI對于ALS病情進展速度的判斷較其他變量敏感性更高[11]。

3.4 運動單位估數(shù)(motor unit number estimation，MUNE)MUNE技術(shù)是McComas等[12]于1971年開發(fā)的，是衡量LMN功能障礙的生物標志物之一，其基本原理是根據(jù)運動神經(jīng)具有不同的興奮閾值，在同一刺激點逐漸遞增刺激強度，可獲得連續(xù)的獨立的運動單位電位(motor unit potential，MUP)，將同一肌肉中全部運動單位的某參數(shù)(波幅或面積)除以該肌肉中單個運動單位(single motor unit potential，SMUP)的相應(yīng)參數(shù)平均值，可以得出功能性運動單位的數(shù)量。

MUNE技術(shù)最初采用遞增法，通過從閾下刺激遞增強度的方式進行神經(jīng)電刺激，在其相應(yīng)支配的肌肉上獲得M波，取每次遞增刺激時增加的波幅平均值，得到SMUP平均波幅。但是研究者們后來很快認識到同一運動神經(jīng)不同軸突可能具有相同的閾值，遞增刺激不一定激活另一個運動單位，而可能交替激活兩個具有相同閾值的同一神經(jīng)的不同運動軸突，這一現(xiàn)象被稱為“交替”(alternation)。為克服該問題，隨后開發(fā)了多點刺激技術(shù)，使用低強度脈沖沿神經(jīng)走行的不同點刺激以獲得一系列低閾值運動單位電位，取其平均值來作為SMUP參數(shù)[12]。另外，Henderson等[13]開發(fā)了用F波響應(yīng)來定義平均SMUP的大小，稱為重復(fù)F波技術(shù)；由于MUNE方法通常使用表面電極，難以應(yīng)用于深部肌肉，因此還開發(fā)了一種使用針級電極與表面電極相結(jié)合的方法，通過識別引起針極肌電圖上棘波觸發(fā)的對應(yīng)表面肌電圖SMUP，計算出平均值，但是此方法有侵入創(chuàng)傷性[12]。高密度表面肌電圖是一種快速而無創(chuàng)的方法，能夠計算近端和遠端肌肉的平均SMUP，但需要特定的設(shè)備和軟件，限制了其在臨床的應(yīng)用[13]。

運動單位指數(shù)(motor unit number index，MUNIX)是一種相對新穎的評估運動單位計數(shù)的方法，該方法將電極放置在正中或尺神經(jīng)支配的手部肌肉上，手部主動力量逐漸增強產(chǎn)生肌電圖表面干擾模式(surface interference pattern，SIP)，重復(fù)測試5個不同力量級別，分別確定SIP。將SIP和CMAP導入到特定軟件中，確定最大CMAP和每個SIP的波幅和面積，以最大M波波幅與其面積的比率乘以SIP面積與波幅的比率而計算出MUNIX[14]。該技術(shù)容易培訓和操作，目前已在多中心研究中得到標準化，在檢測LMN損失時與多點刺激方法靈敏度相當，可能是目前用于評估功能性運動單位數(shù)量的最佳方法，已作為ALS中LMN功能障礙的生物標志物之一用于臨床試驗。

3.5 單纖維肌電圖(single fiber EMG，SFEMG)SFEMG使用的是特制的針電極，在針管旁邊開一個小口安置活動電極，這種電極只能收集大約200～300 μm半徑范圍內(nèi)的電活動，因此針電極可以被放在兩條由同一運動神經(jīng)元支配的肌纖維之間而同時收集到兩者的動作電位。在距離單纖維針電極尖端300 μm的半徑內(nèi)，SFEMG可以量化纖維密度(即單個運動單位的肌纖維數(shù)量)。這種方法對于量化神經(jīng)再支配非常敏感。纖維密度在ALS早期受累肌肉中明顯增加，提示該部位存在軸突末端芽生和神經(jīng)再支配，但隨病情進展，運動單位神經(jīng)元池神經(jīng)元存活不足5%時神經(jīng)再支配發(fā)生崩潰，此時纖維密度明顯降低。SFEMG還可以測定顫抖(Jitter)，即兩個重復(fù)發(fā)放屬于同一運動單位的肌肉纖維動作電位開始之間的間隔變化，Jitter可反映神經(jīng)肌肉接頭傳遞穩(wěn)定性。在2000年修訂的El Escorial診斷標準中將SFEMG作為檢測ALS患者肌肉慢性失神經(jīng)支配的證據(jù)之一[15]。

3.6 重復(fù)電刺激(repetitive nerve stimulation，RNS)RNS是一種用來評價神經(jīng)肌肉接頭之間功能狀態(tài)的電生理檢查。它采用的是在低頻或者高頻重復(fù)頻率刺激神經(jīng)干后，觀察該神經(jīng)干所支配動作電位波幅遞增或增減情況，來判斷是否存在神經(jīng)和肌肉接頭之間的病變，因此最常用于重癥肌無力診斷和鑒別。ALS患者RNS出現(xiàn)頻率遞減也較為常見，發(fā)生機制推測是ALS中軸突退化導致的神經(jīng)肌肉接頭的不穩(wěn)定傳導和軸突末端不成熟芽生的結(jié)果。ALS患者出現(xiàn)低頻波幅遞減的比例少于重癥肌無力患者，重癥肌無力RNS遞減呈現(xiàn)U型，而ALS無此特點[16]。盡管ALS多為遠端肌肉萎縮，但近端肌肉如斜方肌、三角肌比遠端肌肉更容易檢測到RNS低頻遞減，上肢近端肌肉的RNS低頻遞減可以幫助與頸椎病、平山病等疾病鑒別，后兩者RNS通常正常[16]。CMAP波幅越低的患者RNS遞減越明顯，并且與所檢測的肌肉在針極肌電圖中的FPs等失神經(jīng)改變相關(guān)[17]，但也有研究發(fā)現(xiàn)ALS患者的RNS遞減幅度與FPs無相關(guān)性，提示二者有不同的發(fā)生機制[18]。因此RNS作為評估ALS下運動單位損傷的可能指標之一，其發(fā)生機制以及與疾病進程的關(guān)系尚有待進一步研究。

3.7 電阻抗肌電圖(electrical impedance myography，EIM)EIM是一種新興的非侵入性方法，該方法中，放置兩對激勵電極和兩對檢測電極，對兩對激勵電極施加高頻低強度電流，在兩對檢測電極之間測量所得的表面電壓，從中獲得組織的電阻和電容特性[19]。該方法的原理是，當肌肉成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，電流方向都會出現(xiàn)異常，肌纖維損傷、萎縮或水腫，神經(jīng)再支配以及肌內(nèi)膜結(jié)締組織和脂肪的沉積均可影響電阻抗。該技術(shù)不依賴組織的固有電活動，而是依賴組織如何影響所施加的外部電流，因此該技術(shù)對ALS的肌肉萎縮、肌肉內(nèi)脂肪增加等結(jié)構(gòu)變化敏感，進而評估患者的病情。動物試驗和人體研究表明，EIM對ALS疾病進展的評估與手持式握力計、MUNE、ALS功能評分量表等標準方法相比具有一致性并且敏感性優(yōu)于它們，可使臨床試驗要求的樣本量減少5倍[20]。此方法還具有快速、耐受性良好、易操作、設(shè)備價格相對低的優(yōu)點，現(xiàn)已嘗試用于基于家庭結(jié)果測量的ALS研究中。但是EIM不是針對肌病和神經(jīng)源性肌病的特異性檢測方法，尚需更多關(guān)于靈敏度和可靠性的研究。此外，該技術(shù)是否能夠在神經(jīng)再支配之前檢測到運動單位的初始損失尚不清楚，因此尚不能用于檢測ALS的早期LMN損傷。

3.8 閾值跟蹤(threshold tracking)技術(shù)閾值跟蹤技術(shù)可用于檢測ALS運動神經(jīng)軸突興奮性。該方法先對周圍神經(jīng)進行刺激測試，確定刺激的最佳位置(即以最小電流喚起CMAP的位點)然后用亞閾值刺激和超閾值刺激結(jié)合的方法，先從亞閾值刺激開始，逐漸增加刺激強度來刺激運動神經(jīng)獲得刺激-反應(yīng)(stimulus-response SR)曲線，隨后以相反的方式從超大刺激開始，逐漸小幅降低刺激強度，使得計算機程序可以使S形曲線擬合反順序記錄的SR曲線。這樣能夠確定用于閾值跟蹤的最佳CMAP幅度(從基線到負峰值測量)。該最佳CMAP振幅用作軸突興奮性保留的目標電位，目標閾值對應(yīng)于擬合SR曲線上的最陡點，接近超大CMAP幅度的40%(圖1)。隨后記錄評估軸突興奮性的其他一系列參數(shù)包括強度持續(xù)時間常數(shù)、閾值電壓、恢復(fù)周期等。

ALS患者中軸突興奮性改變特點是持續(xù)鈉離子電流上調(diào)和鉀離子電流減少，隨著ALS進展這種異常變得更明顯。軸突興奮性變化是軸突損傷的標志物，與肌肉痙攣、肌束震顫和運動神經(jīng)元變性有關(guān)，并且與ALS不良預(yù)后有關(guān)[21]。但是閾值跟蹤反映的是電刺激位點的變化，而不是整條神經(jīng)的變化。該技術(shù)難以應(yīng)用于下肢，因此觀察僅限于上肢。軸突興奮性有可能在未來ALS的臨床試驗中具有潛在價值，但其特異性、預(yù)測疾病進程的敏感性以及是否提示神經(jīng)再支配尚未可知，尚需進一步研究。

3.9 肌肉和周圍神經(jīng)的超聲檢查肌肉超聲可以檢測到淺表和深部肌肉的肌束震顫?，F(xiàn)有研究證實，與肌電圖(EMG)相比超聲更容易檢測到肌束震顫，甚至在肌電圖正常的肌肉上，即使在舌肌上超聲也可探測到肌束震顫[22]。肌肉超聲檢測肌肉體積損失和受損肌肉回聲強度增加是敏感的，肌肉厚度在疾病進展期間顯著下降，基線肌肉回聲強度可能與預(yù)后有關(guān)，但個體差異較大，整體變化率通常與功能衰退無關(guān)，因此肌肉超聲用于評估ALS患者預(yù)后的價值有限。但是在早期正常強度的肌肉中和 EMG正常的肌肉中可以檢測到肌肉回聲強度增加，這可能對早期診斷有幫助，因此EMG與肌肉超聲相結(jié)合可提高診斷準確性[23]。

周圍神經(jīng)超聲可測量ALS患者周圍神經(jīng)的橫截面積，以此推測周圍神經(jīng)受損程度[24]。神經(jīng)超聲可發(fā)現(xiàn)多灶性運動神經(jīng)病的局灶神經(jīng)肥大，被認為是多灶性運動神經(jīng)病與疑似ALS患者的重要鑒別方法。但是目前尚缺少周圍神經(jīng)超聲檢查在ALS中的敏感性和特異性的研究。

3.10 脊髓和周圍神經(jīng)的磁共振(MRI)檢查脊髓磁共振波譜研究發(fā)現(xiàn)，ALS患者和SOD1基因突變的無癥狀攜帶者天冬氨酸/膽堿和天冬氨酸/肌酐比值較正常對照組下降[25]。脊髓彌散加權(quán)成像可能有助于發(fā)現(xiàn)ALS患者脊髓持續(xù)病變，某些良性下運動神經(jīng)元綜合征的患者發(fā)現(xiàn)軸位上脊髓前角結(jié)構(gòu)異常，提示與微循環(huán)障礙有關(guān)[26]。有研究發(fā)現(xiàn)MRI上表現(xiàn)可反映ALS周圍神經(jīng)的變化，但與疾病的嚴重程度相關(guān)性較差[27]。脊髓和周圍神經(jīng)MRI在ALS診斷和病情評估方面的潛力尚未可知，仍需進一步研究。

綜上所述，隨著神經(jīng)電生理技術(shù)和影像技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的方法用于評估ALS的LMN損害，有些方法已作為生物標志物應(yīng)用于臨床。這些方法除了具有診斷效用之外，還有助于ALS預(yù)后判斷，并且在臨床藥物試驗中具有監(jiān)測療效的價值。但是由于ALS的發(fā)病機制的復(fù)雜性和表型異質(zhì)性，仍需大樣本多中心研究來不斷驗證和完善這些評估方法。