功能性电刺激FES 治疗脊髓损伤

 

 

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；