黃先甲，張坤坤， 綜述 錢(qián) 軍，荊玨華 審校

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◇綜 述◇

振蕩電場(chǎng)刺激治療脊髓損傷的研究進(jìn)展

黃先甲，張坤坤， 綜述 錢(qián) 軍，荊玨華 審校

脊髓損傷的治療已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。但是，由于脊髓損傷后神經(jīng)通路再形成和重建的復(fù)雜性，使目前所取得的實(shí)際療效仍然不樂(lè)觀。振蕩電場(chǎng)刺激在促進(jìn)神經(jīng)再生方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并被逐漸應(yīng)用于脊髓損傷的治療。振蕩電場(chǎng)是使直流電場(chǎng)的極性每隔15 min反轉(zhuǎn)1次，在陽(yáng)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(jìn)脊髓軸突的雙向生長(zhǎng)?，F(xiàn)就振蕩電場(chǎng)刺激在脊髓損傷治療應(yīng)用中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

振蕩電場(chǎng)刺激；脊髓損傷；功能恢復(fù)；髓鞘形成；膠質(zhì)瘢痕

脊髓損傷多見(jiàn)于交通事故、高空墜落和運(yùn)動(dòng)意外等，受傷后導(dǎo)致患者損傷平面以下的感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)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(lái)了巨大的心理負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。目前主要從三個(gè)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(jìn)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(fù)。振蕩電場(chǎng)刺激(oscillating field stimulation，OFS)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)的物理方法，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體臨床試驗(yàn)中都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展?，F(xiàn)就OFS對(duì)損傷脊髓的治療效果進(jìn)行綜述，并指出可能存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展方向。

1 OFS的發(fā)展

現(xiàn)有的研究已經(jīng)證實(shí)內(nèi)源性的電場(chǎng)可影響胚胎發(fā)育過(guò)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(dǎo)致從事神經(jīng)修復(fù)方面的研究者探索外源性的電刺激對(duì)神經(jīng)損傷后運(yùn)動(dòng)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(chǎng)(140 mV/mm)中數(shù)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電場(chǎng)中神經(jīng)纖維會(huì)發(fā)生反應(yīng)。隨后，Borgens et al[7]將較弱的直流電場(chǎng)作用于海洋七鰓鰻幼蟲(chóng)橫斷的脊髓組織上，發(fā)現(xiàn)脊髓組織面向電場(chǎng)陰極的軸突再生速度有明顯提高。

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

隨著對(duì)“電場(chǎng)陰極促進(jìn)神經(jīng)軸突再生優(yōu)于陽(yáng)極”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不斷確認(rèn)，Borgens et al[10]提出了OFS技術(shù)：使直流電場(chǎng)的極性每隔15 min反轉(zhuǎn)1次，在陽(yáng)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(jìn)脊髓軸突的雙向生長(zhǎng)。

2 OFS對(duì)脊髓損傷的治療作用

2.1 OFS對(duì)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(diǎn)內(nèi)容[11]。已有研究[12]顯示軸索嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，大量鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，促使軸索細(xì)絲崩解，而外加電場(chǎng)可以阻止鈣離子進(jìn)入損傷的軸索[13]。外加電場(chǎng)通過(guò)減少軸索退變，從而促進(jìn)其恢復(fù)和再生[14]。Jaffe et al[6]證明了生長(zhǎng)的神經(jīng)纖維對(duì)電場(chǎng)有反應(yīng)并且沿著電壓梯度生長(zhǎng)；同時(shí)軸突在直流電場(chǎng)(70～140 mV/mm)中以三倍的速度向陰極生長(zhǎng)，而持續(xù)暴露于電場(chǎng)陽(yáng)極的軸突發(fā)生退變。Borgens et al[15]將電場(chǎng)加于成年豚鼠橫斷脊髓背側(cè)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?chē)陌踪|(zhì)中。白金柱 等[16]將OFS用于治療脊髓損傷的SD大鼠，結(jié)果顯示OFS作用6周和12周時(shí)，實(shí)驗(yàn)組可見(jiàn)神經(jīng)纖維再生和軸突計(jì)數(shù)高于對(duì)照組，兩組軸突計(jì)數(shù)和星形膠質(zhì)細(xì)胞突起夾角大小的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。12周時(shí)NF染色顯示實(shí)驗(yàn)組可見(jiàn)較多神經(jīng)纖維通過(guò)損傷區(qū)，從而證實(shí)OFS對(duì)軸突的再生具有一定的促進(jìn)作用。

2.2 OFS對(duì)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(xì)胞介導(dǎo)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(dòng)能促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞發(fā)生增殖，隨后的研究[19-20]也證實(shí)電刺激能夠促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的分化及髓鞘化。Li et al[21]將電刺激(強(qiáng)度35～120 μA，刺激45 ms，間隔2 s)作用于對(duì)正常大鼠脊髓，發(fā)現(xiàn)電刺激能促進(jìn)正常大鼠皮質(zhì)脊髓束中的少突膠質(zhì)前體細(xì)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(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組大鼠的脊髓進(jìn)行免疫熒光染色,觀察成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)，結(jié)果顯示：成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)在4～14 d時(shí)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，但實(shí)驗(yàn)組成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞在表達(dá)數(shù)量和體積上明顯優(yōu)于對(duì)照組，同時(shí)細(xì)胞排列更加有序。從而證實(shí)振蕩電場(chǎng)刺激可以促進(jìn)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞活化為成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)髓鞘的再形成從而改善脊髓損傷后的神經(jīng)功能恢復(fù)。

2.3 OFS對(duì)膠質(zhì)瘢痕形成的影響 哺乳動(dòng)物脊髓損傷后會(huì)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(xì)胞。Moriarty et al[24]將OFS(320 V/mm)作用于大鼠脊髓針刺傷的動(dòng)物模型上，以研究損傷處及其周?chē)切文z質(zhì)細(xì)胞的募集和分布。結(jié)果顯示：在OFS的作用下，損傷處的星形膠質(zhì)細(xì)胞比周?chē)?，說(shuō)明OFS能夠有效地抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生，減少膠質(zhì)瘢痕的形成。該研究為OFS促進(jìn)軸突再生提供了新的理論依據(jù)。

2.4 OFS對(duì)脊髓損傷后功能恢復(fù)的影響 Borgens et al[10,25]在1993年和1999年分別進(jìn)行了1次狗脊髓損傷后的隨機(jī)雙盲臨床實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)植入式OFS對(duì)哺乳動(dòng)物的治療效果和生物相容性，在OFS植入后的6周和6個(gè)月評(píng)價(jià)狗的脊髓功能恢復(fù)情況。結(jié)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(yīng)用與良好效果證明了OFS可促進(jìn)哺乳動(dòng)物脊髓損傷后神經(jīng)再生及功能恢復(fù)，同時(shí)具有一定的生物安全性，也為其用于人類(lèi)脊髓損傷的臨床治療提供了理論依據(jù)。

2000年，經(jīng)美國(guó)食品藥品管理局(FDA)的批準(zhǔn)，OFS首次用于人類(lèi)脊髓損傷修復(fù)的Ⅰ期A臨床試驗(yàn)，并在2005年發(fā)表了試驗(yàn)結(jié)果[26]。參加此次試驗(yàn)的10例患者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)前均接受了甲基強(qiáng)的松龍治療和減壓處理?；颊咴诩顾钃p傷后的18 d內(nèi)植入OFS，OFS作用15周后將其取出，并對(duì)患者脊髓損傷的恢復(fù)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：OFS治療后，患者的觸覺(jué)平均分?jǐn)?shù)、針刺覺(jué)平均分?jǐn)?shù)和運(yùn)動(dòng)功能平均分均明顯提高，同時(shí)為該儀器在人體的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2006年FDA批準(zhǔn)了額外10例脊髓損傷患者加入這項(xiàng)研究，由Shapiro領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行Ⅰ期B臨床試驗(yàn)，隨后還有4名志愿者加入[27]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：OFS治療可以改善患者的疼痛癥狀，也有利于患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。

3 OFS應(yīng)用的局限性

3.1 人類(lèi)臨床試驗(yàn)的局限性 Hamid et al[28]指出：Shapiro針對(duì)OFS的一期A臨床人體試驗(yàn)中，10例受試者植入OFS之前均經(jīng)歷了藥物(甲基強(qiáng)的松龍)治療或手術(shù)減壓治療，因此神經(jīng)功能恢復(fù)的程度不能直接用于評(píng)估OFS的作用，也有可能是藥物治療或手術(shù)治療對(duì)脊髓損傷的效果，OFS的治療效果應(yīng)通過(guò)多機(jī)構(gòu)的隨機(jī)雙盲臨床試驗(yàn)后被評(píng)價(jià)。

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(guò)程中脊髓偏移或壓迫不均都會(huì)造成致傷結(jié)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(dòng)物模型，但是橫斷造成的病理?yè)p害與臨床之間缺乏相關(guān)性；脊髓缺血損傷模型的控制性較好，但其制備過(guò)程較為復(fù)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(chǎng)刺激參數(shù)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 目前，有些實(shí)驗(yàn)在動(dòng)物脊髓損傷后較短時(shí)間內(nèi)施加OFS，而有些則經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后才施加干預(yù)，而且刺激的持續(xù)時(shí)間也各不相同，也沒(méi)有施加刺激電流大小的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于變化的條件較多，很難綜合評(píng)價(jià)OFS對(duì)脊髓損傷的治療效果。

3.4 OFS治療脊髓損傷效果的評(píng)價(jià) 目前，較多的研究者通過(guò)行為學(xué)評(píng)分(運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)功能)來(lái)評(píng)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物的脊髓組織進(jìn)行切片處理，通過(guò)免疫組化等方法直接觀察軸突再生情況，其僅限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，不能用于人體臨床試驗(yàn)。所以評(píng)價(jià)OFS治療效果的標(biāo)準(zhǔn)和方法還需商榷。

4 展望

由于脊髓組織損傷后復(fù)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人類(lèi)臨床試驗(yàn)的反饋情況，可探索把電場(chǎng)刺激技術(shù)與其他修復(fù)脊髓損傷的方法相結(jié)合。McCaig et al[29]將直流電場(chǎng)和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子聯(lián)合作用于異爪蛙神經(jīng)元細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)朝向陰極的神經(jīng)生長(zhǎng)更快。由于肌苷是一種無(wú)毒的神經(jīng)營(yíng)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(jié)合用于在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療增強(qiáng)了受試動(dòng)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(jié)合，形成互補(bǔ)，有可能在脊損損傷的治療領(lǐng)域有所突破。

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國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：81471273)；安徽省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：1408085MH184)

安徽醫(yī)科大學(xué)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(zé)任作者，E-mail：jjhhu@sina.com

時(shí)間：2016-10-12 13:23:00

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

R-1

A

1000-1492(2016)11-1710-03

10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2016.11.038

2016-06-16接收