矯健航，王 洋，楊利麗，任鵬飛，吳敏飛

（吉林大學(xué)第二醫(yī)院脊柱外科，長春 130041）

癲癇是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見病，我國癲癇患者超過1 千萬，現(xiàn)有抗癲癇藥物治療對1/3 患者無效，家庭和社會負(fù)擔(dān)沉重[1]。隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，功能電刺激在臨床藥物難治性癲癇的治療中收到了一定的效果[2-3]。現(xiàn)用于癲癇治療的主要刺激形式是迷走神經(jīng)電刺激（vagus nerve stimulation, ⅤNS）和深部腦刺激（deep brain stimulation, DBS），經(jīng)其治療后約半數(shù)患者癲癇發(fā)作次數(shù)減半[2]。這種新治療方法通過向特定靶器官發(fā)射脈沖對體內(nèi)異常神經(jīng)電活動進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇不同的刺激部位會啟動不同調(diào)節(jié)機(jī)制。研究[4-5]發(fā)現(xiàn)臨床常用于治療頑固性神經(jīng)痛的脊髓電刺激（spinal cord stimulation，SCS）同樣具有潛在的抗癲癇作用。癲癇發(fā)作是一種腦神經(jīng)元病理性超同步放電現(xiàn)象，進(jìn)一步探索SCS 對癲癇腦電異常超同步放電活動的影響將有助于加深其相關(guān)機(jī)制的理解，從而加速其臨床應(yīng)用進(jìn)程[6-7]。

高頻震蕩（high frequency oscillation, HFO）是頻率范圍在 100 ～600 Hz 的腦電活動，其出現(xiàn)反映了神經(jīng)短暫性同步放電過程[8]。依據(jù)頻率范圍，HFO 可繼續(xù)劃分為漣波（ripple, 80 ～200 Hz）和快速漣波（fast ripple, 250 ～600 Hz）兩種成分。正如delta 波（1 ～4 Hz）與慢波睡眠有關(guān)，而α 波（8 ～15 Hz）與放松和思考活動有關(guān)。研究[9]發(fā)現(xiàn) Ripple是生理性的腦電活動，反應(yīng)了疊加的突觸后放電現(xiàn)象，與記憶、學(xué)習(xí)和深睡眠密切相關(guān)。fast ripple（FR）的出現(xiàn)反應(yīng)了爆發(fā)式的錐體細(xì)胞病理性超同步化現(xiàn)象，與癲癇的發(fā)生和發(fā)展聯(lián)系在一起，是一種癲癇狀態(tài)下專有的皮層電勢活動[10]。隨著對 FR 探索的不斷深入，研究發(fā)現(xiàn) FR 不但有助于理解癲癇發(fā)生機(jī)制，同時有直接的臨床應(yīng)用價值。相比傳統(tǒng)的腦電圖發(fā)作間期棘波分析，F(xiàn)R 用于定位發(fā)作病灶具備更高的敏感性和專一性[8]。癲癇病灶切除術(shù)術(shù)后隨訪中也發(fā)現(xiàn)，切除應(yīng)用FR 定位的癲癇病灶較傳統(tǒng)棘波分析定位的癲癇病灶療效更好[9-10]。動物研究[11]表明 FR 的量與癲癇發(fā)作的頻率和強(qiáng)度呈正相關(guān)。從癲癇患者的腦電分析中也發(fā)現(xiàn)， FR 的量隨抗癲癇藥物用量的增加而線性減少[12]，癲癇發(fā)作頻率高的患者其 FR 的發(fā)生率也隨之升高[13]。FR 因此被認(rèn)為是理想的癲癇腦電生物標(biāo)記物[8]。

盡管對電神經(jīng)調(diào)節(jié)治療癲癇的機(jī)制仍不清晰，電刺激很可能對過度同步化的腦電活動產(chǎn)生去同步化效應(yīng)[7]?？紤]到 FR 也反映了局部場電勢的超同步化現(xiàn)象并直接相關(guān)于癲癇發(fā)作的強(qiáng)度[14]，神經(jīng)電刺激治療癲癇的原理可能直接與其對 FR 活動的抑制作用有關(guān)。在一篇有關(guān)DBS 的報道中，JACOBS[15]指出50 Hz 皮層硬腦膜外電刺激導(dǎo)致 FR 活動廣泛減少。上述研究證實了神經(jīng)電調(diào)節(jié)治療會影響 FR 活動，然而是否這樣的影響具有刺激參數(shù)依賴性仍然未知。前期研究中，基于戊四唑（pentylenetetrazol，PTZ）誘導(dǎo)的棘—慢波放電動物模型，我們發(fā)現(xiàn)ⅤNS 和 SCS會引起發(fā)作期腦電FR 活動改變，且改變與刺激參數(shù)相關(guān)[7]。在給予高頻率（如130 Hz）ⅤNS 和SCS 時FR 出現(xiàn)率顯著降低[7]。正如前述，F(xiàn)R 反映了病理性的超同步化現(xiàn)象，F(xiàn)R 發(fā)生率降低提示同步放電抑制[10]。前期工作證實了SCS 對棘—慢波發(fā)作的FR抑制現(xiàn)象，本研究將進(jìn)一步探索SCS 對大鼠強(qiáng)直—陣攣（tonic-clonic, TC）發(fā)作狀態(tài)的影響，加深對SCS抑制癲癇病理性同步放電現(xiàn)象相關(guān)機(jī)制的理解。

1 材料與方法

本研究將16 只SD 大鼠（250 ～350 g）隨機(jī)分為SCS 組和對照組，各8 例。實驗在全程麻醉（氯胺酮45 mg 配伍賽拉嗪5 mg·kg-1）下進(jìn)行。大鼠取俯臥位，頸后備皮，以第5 頸椎為中心行長約2 cm 正中切口，切開皮膚及皮下組織后顯露相應(yīng)水平棘突和椎板，分離頸4/5 和頸5/6 之間的黃韌帶，將由透明薄塑料片（厚度＝0.5 mm）制成的SCS 電極經(jīng)黃韌帶間隙放置于頸5 水平硬膜外腔，見圖1。連接電刺激裝置后將大鼠固定于立體定位儀，如圖1 所示，顱骨鉆孔后將用于接收皮層腦電圖（electrocorticogram，ECoG）的信號采集電極置于顱骨缺損處的皮層表面[16]。ECoG 電極植入完畢后連接信號接收裝置，開始進(jìn)行ECoG 信號采集。

圖1 電極放置及信號采集

每只實驗大鼠共連續(xù)記錄25 min ECoG 信號，見圖2。在對照組，最初記錄10 min 基線腦電，接著經(jīng)輸液泵注入PTZ，滴速設(shè)定為5 mg·kg-1·min-1，滴注總時間為10 min，總注射量為50 mg·kg-1，見圖2。連續(xù)10 min 的PTZ 輸注完成后再記錄5 min ECoG 活動，實驗全程不給予電刺激。在SCS 組，最初記錄5 min 基線腦電，接著開始給予130 Hz SCS，自SCS開始后5 m i n 啟動P T Z 輸液泵，滴速設(shè)定為5 mg·kg-1·min-1，滴注總時間為10 min，總注射量為50 mg·kg-1，SCS 持續(xù)至PTZ 輸注結(jié)束后5 min，見圖2，刺激電流強(qiáng)度為區(qū)域性肌肉反應(yīng)閾值，全程采用雙向電荷平衡（100 μs/500 μs）脈沖。

離線分析階段，本研究通過對比對照組和SCS組中TC 發(fā)作期FR 出現(xiàn)的次數(shù)差異對結(jié)果進(jìn)行闡述。從出現(xiàn)連續(xù)ECoG（1 ～4 000 Hz）棘波開始至終止視為1 次TC 發(fā)作，總FR 次數(shù)為1 只大鼠全部TC 發(fā)作期出現(xiàn)FR 個數(shù)的總和，見圖2。應(yīng)用MATLAB 中的Findpeaks 功能對ECoG（250 ～600 Hz）中的FR 成分進(jìn)行提取。一次FR 事件需滿足如下3 個條件：1）每一個高頻振顫波的波峰值＞3 倍基線水平的均值標(biāo)準(zhǔn)差；2）波峰間期需在2 ～4 ms 之間；3）滿足前2 點且為連續(xù)出現(xiàn)至少4 次的連續(xù)高頻振顫波活動[11]。實驗采用SPSS 23.0 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，采用兩獨立樣本t 檢驗，P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖2 皮層腦電圖（ECoG）

2 結(jié)果

基線記錄可見1 Hz delta 波，其發(fā)生與麻醉藥物作用相關(guān)，見圖2。在寬頻ECoG（1 ～4 000 Hz）信號中，隨著PTZ 劑量的增加（從0 ～50 mg·kg-1），可見頻率和振幅逐漸增強(qiáng)的棘—慢波放電活動，及以連續(xù)性棘波放電為特征的TC 發(fā)作活動，見圖2。在250 ～600 Hz 頻段的ECoG 信號中，可見與棘波活動對應(yīng)的FR 活動，對TC 發(fā)作期的總FR 次數(shù)量化評估顯示，SCS 對TC 發(fā)作期的FR 活動抑制明顯。與對照組相比，SCS 使TC 發(fā)作期平均總FR 次數(shù)的均值減少40%[對照組（2 729.6±366.1）次，SCS組（1 635.1±262.7）次，P ＜0.001]，見圖3。

圖3 脊髓電刺激對總FR 次數(shù)的影響

3 討論

本研究探索了SCS 對大鼠TC 發(fā)作狀態(tài)下FR活動的影響，發(fā)現(xiàn)FR 活動和PTZ 誘導(dǎo)的棘波放電保持同步，相比對照組，SCS 可顯著降低FR 的發(fā)生次數(shù)。

此前研究已經(jīng)表明FR 是一種病理現(xiàn)象，與癲癇發(fā)生與發(fā)展過程關(guān)系緊密，可視為一種癲癇專有腦電生物標(biāo)記物[10]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)FR 有直接的臨床應(yīng)用價值，可用于術(shù)前定位癲癇發(fā)作病灶[9-10]。本研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)R 活動與代表病理性神經(jīng)元同步放電的棘波保持高度一致性。

我們前期實驗發(fā)現(xiàn)FR 發(fā)生頻率與PTZ 的注射劑量呈現(xiàn)正相關(guān)，而PTZ 的劑量與誘發(fā)的癲癇發(fā)作強(qiáng)度呈正相關(guān)，可以認(rèn)為FR 的量與癲癇發(fā)作強(qiáng)度保持一致[7]。相似的藥物抗癲癇動物[11]和研究[12]也發(fā)現(xiàn)了這種相關(guān)性，F(xiàn)R 的量隨抗癲癇藥物用量的增加而線性減少?；谶@些事實，我們可以得出兩點結(jié)論，一方面戊四唑誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作狀態(tài)可誘發(fā)出大量代表癲癇發(fā)作的FR 振顫波活動驗證了該模型的有效性，另一方面本研究中130 Hz SCS 顯著降低FR 發(fā)生的總次數(shù)提示了高頻SCS 有抗癲癇作用，且該作用與電刺激介導(dǎo)的去同步化機(jī)制相關(guān)。在前期研究[6-7]中，通過測試從30 Hz 到180 Hz 間不同頻率SCS 對大鼠棘—慢波發(fā)作的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)130 Hz SCS 的抗癲癇作用最為顯著，因此將130 Hz SCS 繼續(xù)用于TC 發(fā)作模型研究中。

盡管多項研究[7,11]證實FR 活動與癲癇發(fā)作的相關(guān)性，但FR 活動僅可間接反應(yīng)發(fā)作期皮層異常同步放電現(xiàn)象。在未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步尋找SCS 誘導(dǎo)皮層去同步化的細(xì)胞水平相關(guān)機(jī)制。另外，本實驗用到的急性發(fā)作模型無法對電刺激的累積現(xiàn)象進(jìn)行評估，而這種累積作用客觀存在[4]，因此，本研究相關(guān)結(jié)果在臨床應(yīng)用前需進(jìn)一步在其他慢性癲癇模型中測試。