作者：邓智怀，孟凡刚，季玉陈，郑州大学第一附属医院神经外科

脑卒中已成为我国成人致死、致残的首要病因。运动障碍是脑卒中后常见后遗症，表现为肌力下降、自主运动能力下降及痉挛。脊髓电刺激（spinal cord stimulation，SCS）作为一种具有较高适应性的神经调控技术，已广泛应用于慢性疼痛的治疗。近年来，SCS应用领域逐步拓展至运动功能恢复，并取得显著进展，尤其在脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）和卒中后运动障碍的患者中表现出良好疗效。

SCS 通过在脊髓硬膜外植入电极施加电刺激，主要激活背根传入纤维，进而调节脊髓神经网络兴奋性，促进脊髓-脑干-皮质通路中的神经信号传递，改善运动功能。与其他神经调控技术比较，SCS 优势在于其能够直接作用于神经传导通路，提供持续、稳定的刺激效果，并具备高度可调节的刺激参数，这些特性使SCS 能够为患者提供个体化治疗方案，并且SCS与康复训练协同作用，可加速功能恢复，有望突破当前治疗瓶颈。

本文系统分析SCS 在促进卒中后运动功能恢复方面的神经生理机制，回顾和评估其在临床研究的疗效与安全性，探讨SCS 技术的创新应用及前沿方向，并展望未来可能的发展路径。

1. SCS治疗卒中后运动障碍的潜在机制

1.1 改善肌力、提升自主运动能力

1.1.1 神经兴奋性调节

1.1.1.1 激活感觉传入纤维SCS： 对神经兴奋性的调节，主要通过靶向激活颈椎或胸椎节段的背根大髓鞘传入纤维来实现。通过兴奋背柱感觉通路，引发关键的突触级联效应：一方面，传入冲动诱发的亚阈值去极化显著提升脊髓运动神经元和中间神经元对残存下行输入的敏感性；另一方面，通过单突触和多突触连接向α 运动神经元传递兴奋性输入，增强其兴奋性。

1.1.1.2 增强脊髓反应性：SCS 对神经兴奋性调节的另一个关键作用在于通过其脉冲刺激与残存下行输入在脊髓神经元上的时空整合，将亚阈值去极化有效转化为动作电位。例如：卒中后残留的脊髓上输入，虽能以随机放电方式引起脊髓运动神经元的紧张性去极化，但其强度通常不足以单独达到动作电位阈值。此时，SCS 诱导的亚阈值去极化可与此背景去极化发生协同整合，产生阈上刺激，从而成功触发运动神经元动作电位。

同时，SCS 还能激活广泛的中间神经元网络，显著提升整个脊髓运动回路的兴奋性水平。这将使脊髓神经元更易于兴奋至动作电位阈值，增强对大脑下行信号的响应能力，并通过持续增强的神经活动，驱动神经可塑性与功能性神经环路重塑，促进新的适应性神经通路形成。

1.1.2 促进神经可塑性与环路重塑

1.1.2.1 脊髓层面重塑：在脊髓层面，SCS通过多机制协同促进神经重塑。首先，SCS 驱动残留下行通路的轴突向脊髓灰质延伸，并促使未受损皮质脊髓束轴突发芽，在生长相关蛋白-43（growth-associated protein 43，GAP-43）和脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等分子调控下形成新突触连接，进而构建替代性运动神经环路。

其次，基于Hebbian 可塑性机制，SCS显著增强残留下行通路与脊髓运动神经元的突触连接效能，通过调节神经元活动模式提升突触传递效率，从而兴奋运动及中间神经元。再次，当SCS 结合高强度康复训练时，可通过诱导短期与长期突触可塑性，实现持久性皮质脊髓功能连接改善。

1.1.2.2 皮质层面重塑：在皮质层面，SCS 通过多途径促进神经重塑。其不仅增强健侧半球对患侧肢体的调控能力，促进跨半球功能重组，辅助受损半球的神经功能恢复。同时特异性强化前运动区与脊髓C5~C6节段腹侧/中间区的连接，并调控辅助运动区-脊髓通路（该通路变化与运动功能缺损直接相关），从而通过重塑皮质-脊髓功能连接，提升脊髓反应性以改善上肢功能。此外，SCS 经感觉-本体感觉-运动反馈环路促进前运动皮质、辅助运动区及对侧运动皮质的功能重组，治疗后观测到脑干至右侧前运动皮质连接性增强，双侧感觉、运动网络协同性提升及右侧感觉运动皮质内部网络优化。

1.1.3 改善肌肉功能：卒中后因神经失活和负荷减少，肌肉可能出现与脊髓损伤类似改变，如肌肉萎缩、慢肌纤维向快肌纤维转变、代谢适应性调整及收缩功能下降。SCS 可能通过增强神经支配和肌肉负荷，减轻肌肉萎缩、调节纤维类型、改善代谢及收缩功能。

1.1.4 影响脑血流与代谢：SCS 可引起脑血流量（cerebral blood flow，CBF）变化，包括局部CBF 增加及重新分布，从而提升大脑中动脉区域的血流，改善脑组织灌注，其可能有助于挽救缺血半暗带，减少梗死体积。潜在机制包括脊髓背柱通路激活、瞬时受体电位香草素亚型1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）受体介导的血管舒张因子释放，以及细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）信号通路的激活，调控血管反应与脑血管舒张。同时，SCS 通过增加健侧脑组织的葡萄糖代谢率，显著提升能量供应，特别是在健侧半球中观察到44%代谢增加，这可能与CBF 改善带来的葡萄糖供应增加相关。

1.1.5 抗炎与神经保护

1.1.5.1 抑制炎症反应：SCS 可通过调节炎症反应减轻卒中后神经损伤。研究表明：在卒中发生后3 h 内，对中脑运动区域（mesencephalic locomotor region，MLR）实施24 h 高频刺激（high-frequency stimulation，HFS），可显著减少缺血区边缘带内促炎性细胞因子释放，如：γ -干扰素（interferon-γ，IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）。同时，该刺激亦可降低ERK1/2/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）信号通路活性，进一步抑制炎症反应的过度激活。此外，MLR-HFS 能增加梗死周边区域乙酰胆碱转移酶（cholineacetyltransferase，ChAT）+CD4+细胞的数量，可能通过调节神经前体细胞和小胶质细胞的活化状态，减轻缺血性卒中后的炎症损伤。

1.1.5.2 神经保护：SCS 神经保护作用主要体现在减轻缺血损伤、限制梗死进展及促进神经修复。动物实验证实：颈段SCS 可减少缺血性脑水肿，限制梗死灶扩展，并预防继发性缺血性损伤。同时，SCS 可能通过影响脊髓背柱通路激活TRPV1 受体介导的血管舒张因子释放等分子机制，改善脑血流灌注，间接发挥神经保护作用，减少缺血导致的神经功能损伤。

1.1.6 调节抑制与兴奋平衡

1.1.6.1 增强突触后抑制：SCS 可增强突触后抑制。通过激活抑制性中间神经元，接收初级传入的直接突触输入，有助于协调屈伸肌活动，可能改善卒中后的屈伸协同异常及痉挛。

1.1.6.2 优化感觉门控机制：在增强突触后抑制的基础上，SCS 进一步通过优化脊髓感觉门控机制，改善卒中后异常的运动控制。SCS 通过上调γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）受体表达，增强GABA 门控功能，从而有效过滤异常感觉输入，减少因感觉信息过载导致的运动神经元过度兴奋。

此外，SCS 还通过促进初级传入去极化介导的突触前抑制，防止运动神经元膜电位因持续去极化而饱和，从而提高感觉信息的整合效率。这一过程不仅与突触后抑制机制具有协同作用，还通过调节脊髓水平的兴奋-抑制平衡，为卒中患者运动功能恢复提供关键的神经可塑性基础。

1.1.7 促进替代通路代偿：在促进替代通路代偿方面，红核脊髓束在严重皮质脊髓束损伤后可发生微结构重组（如未受影响侧红核的各向异性分数升高、径向扩散系数降低），通过增强神经通路完整性、补偿手功能恢复，这种重组与脊髓结构可塑性的协同作用，如轴突发芽、突触重塑，受GAP-43、神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）等调控，可优化脊髓神经网络输出。网状脊髓束则在SCS 作用下，轴突向脊髓灰质延伸形成新的功能性神经环路，增强残留下行通路与脊髓运动神经元的突触连接，并且还可通过感觉-本体感觉-运动反馈环路促进皮质功能重组，且对侧网状脊髓束投射与患侧肌肉力量成正相关。

1.2 改善痉挛

1.2.1 卒中后痉挛的病理生理学基础：卒中后痉挛是脊髓反射亢进、非反射性结构改变及感觉系统敏化共同作用的结果。

脊髓反射亢进是痉挛的关键病理基础，主要源于皮质脊髓束损伤引发的神经调控失衡：一方面，上位中枢对脊髓α 运动神经元抑制作用减弱，导致牵张反射过度激活。另一方面，脊髓内部的中间神经元功能障碍导致交互抑制缺失，引发异常协同激活（如屈肌被动牵拉时，伸肌反常收缩），甚至使原本相互抑制机制可逆转为“相互促进”（如腓神经刺激可使比目鱼肌反射从抑制转为促进）。

此外，牵张反射阈值的调节范围缩小，导致肌肉在特定关节角度下难以放松，进一步加重痉挛。非反射性结构改变则表现为肌肉-腱复合体的被动僵硬：肌纤维短缩、纤维化等病理变化增加被动扭矩，这种机械性僵硬易被误判为痉挛。感觉系统敏化同样是重要驱动因素，以肌梭为代表的感受器敏感性异常增高，通过持续传入异常信号推动痉挛进展。

值得注意的是，神经兴奋性与抑制的失衡，贯穿上述过程：下行抑制通路中断导致抑制作用缺失，使脊髓运动神经元兴奋性升高；同时，延髓头端腹内侧区和中缝核的下行代谢抑制控制丧失后，会导致运动神经元“增益控制系统”异常及感受野扩大，进而促进痉挛扩散。痉挛是反射亢进、被动僵硬与感觉敏化共同作用的综合表现；而脊髓运动神经元兴奋性升高虽是痉挛发生基础，却可独立于临床症状存在，并非痉挛出现的充分条件。

1.2.2 SCS 治疗卒中后痉挛性运动障碍的核心机制

1.2.2.1 脊髓水平调控：脊髓水平上，SCS 通过激活大直径感觉传入纤维及背根、背柱大感觉传入纤维，调节脊髓反射回路，抑制牵张反射和γ 环路过度活跃，降低α 运动神经元兴奋性，表现为H反射幅度降低、H/M比值下降、H波恢复时间延长及恢复率降低等电生理改变；同时增强脊髓节段性抑制性中间神经元活性，促进GABA等抑制性神经递质释放，调节脊髓前角运动神经元及节前中间神经元网络活性，以恢复兴奋-抑制平衡，并通过增强本体感觉输入，改善感觉门控机制及感觉-运动整合。

1.2.2.2 脑干-脊髓通路调控：在脑干-脊髓通路层面，SCS 通过激活脊髓-网状纤维，间接增强延髓网状脊髓束对伸肌张力的抑制作用。同时，其亦可激活残留的下行抑制性通路及残留下行通路，并经上行传导激活高位中枢，以此模拟下行神经调制信号，最终恢复脊髓的兴奋-抑制平衡。

1.2.2.3 皮质-脊髓环路调控：在皮质-脊髓环路层面，SCS 通过增强脑干与背外侧前运动皮质的功能连接，强化皮质网状束的下行抑制作用；同时促进双侧感觉运动网络的跨半球功能连接及重组，激活残留皮质脊髓束，从而提升运动计划与执行能力。

1.2.2.4 血流动力学效应：血流动力学上，SCS 显著提高双侧大脑中动脉血流速度，降低脑血管阻力，其机制可能涉及特异性激活交感神经系统，改善脑灌注并唤醒缺血半暗带或功能抑制的“休眠神经元”。

1.2.2.5 神经可塑性效应：在神经可塑性层面，连续刺激可促进残留皮质脊髓束的轴突发芽、再生、突触形成、神经网络重塑及神经炎症调节，长期刺激结合康复训练后，部分患者在停用刺激后仍保留功能改善。

1.2.2.6 疗效的复杂性与依赖性：SCS 的疗效可能存在安慰剂效应或非特异性调节等复杂性，且疗效依赖感觉输入完整性，保留部分感觉功能的患者（轻度感觉障碍）通常获益更显著，而完全性感觉障碍者疗效较差。

2. SCS 的临床应用

2.1 电极放置位置与刺激模式

治疗卒中后上肢运动障碍时，电极需精准植入颈膨大区域的背外侧硬膜外间隙，靶向背根本体感觉传入神经，尽量避免传统疼痛治疗的中线位置。上肢精细动作（如抓握）需通过多电极阵列、顺序激活特定运动神经元群，其参数调整高度依赖实时生理反馈，如基于肌电图及患者运动表现，动态调节强度与频率，并利用频率依赖性抑制现象合理调节参数（10~20 Hz 降低肌肉兴奋性，40~100 Hz 增强运动输出；典型应用如：15 Hz 刺激促进站立、25~60 Hz 诱发步态节律）。下肢功能重建则首选胸段或腰骶段。

刺激参数呈现显著个体差异，但也存在共性，例如：频率基础范围为0.2~400 Hz，对于卒中后上肢运动障碍常用30~60 Hz；值得注意的是10~20 Hz 可能会抑制肌肉活动，25~60 Hz可诱发节律性屈伸。脉宽在植入式电极中多为200~400 μs，而经皮电极则可扩展至1 ms。强度方面，植入式电极所需强度较低，而经皮电极所需强度更高，均以诱发自主运动且不引起被动关节活动为阈值。刺激波形以方波为主，电极可选用单极或双极配置，刺激模式包括连续性和间歇性刺激。

多电极阵列靶向刺激和术中神经生理监测是确保疗效的基础。植入式电极更适用于长期治疗，而经皮电极多用于短期干预。对于电极位置与刺激模式，其核心原则强调个体化动态调整，目前尚无统一标准，需结合患者损伤程度、治疗目标及设备类型优化治疗方案。

2.2 SCS 治疗卒中后运动障碍的疗效

2.2.1 减轻肌肉痉挛：多项研究一致证实，SCS 能有效降低患者卒中后肌张力。例如：MAYOROVA等研究发现，经过数天颈段SCS 治疗，患者上肢痉挛程度（改良Ashworth 评分）平均下降40%，下肢痉挛下降21%。NAKAMURA等早期研究也观察到，3 例患者在刺激后3~9 d 内均出现明显痉挛减轻。VISOCCHI等研究同样报告痉挛减少或减轻等积极效果。

2.2.2 提升自主运动能力与肌力：SCS 能够直接增强患者的肌肉力量和运动控制。POWELL 等对2 例慢性期上肢运动障碍患者的研究提供有力证据；治疗后患者握力分别提升40%和108%，肘关节屈伸扭矩也显著增加（翻倍或提升40%），其中1 例近乎完全瘫痪的患者首次能够产生可检测的握力；患者运动速度提升30%~40%，动作平滑度也得到提高；并且患者能够完成更复杂的任务，如将手臂举过头顶、完成积木转移、开锁、用叉子进食一些患者卒中后多年未能实现的日常活动。

另外，客观临床评估量表也证实SCS疗效，第1 个患者Fugl-Meyer 上肢运动评分从35 分提升至47 分，手臂动作调查测试（action research armtest，ARAT）评分从31 分提升至45 分。VISOCCHI 等研究也报告Albert 评分从80 分提升至100 分，表明整体运动功能改善。另外，CHUA 等案例研究显示：SCS 结合康复训练能有效改善行走，患者在术后6 周首次训练时即可顺利行走，经过7 d 训练，无需体质量支持装置或下肢矫形器，能持续步行30 min 以上，膝关节不稳和踝关节内翻问题基本消失。

2.2.3 潜在的持续效应：值得注意的是部分研究观察到：在关闭刺激后，患者运动功能改善仍能部分保留。例如，POWELL 等研究中患者在刺激关闭4 周后的随访中，评分仅下降1 分，这提示SCS 可能通过促进神经可塑性，带来持久性的功能改变。安全性方面，综合回顾多项临床研究均未报告与SCS 治疗相关的严重不良反应。

2.3 创新应用

闭环自适应系统代表SCS 的技术前沿，其利用脑-脊接口解码患者运动意图，并结合肌电图反馈实时动态调整刺激参数，从而更有效促进运动功能恢复。在此基础上，与人工智能和大数据融合，可使相关系统基于深度学习，自动分析患者运动特征及神经信号，精准识别最优刺激频率、脉宽与强度组合，实现刺激参数自动调整。

例如：可使用强化学习算法动态调整参数（如站立期15 Hz，步态屈伸期30 Hz）；历史治疗数据构建的预测模型则依据个体特征（如损伤部位、病程）预判最佳刺激方案；利用大数据平台整合多中心临床数据，挖掘参数响应规律，可显著提升治疗个性化与精准度，推动SCS 从“经验驱动”转向“数据驱动”，提升治疗效率与治疗效果。

在硬件技术上，新型电极技术也在快速发展，包括采用颈脊髓腹侧刺激增强抗重力肢体运动，侧向触点设计提升上肢肌肉募集效率，以及柔性电极阵列实现硬膜下精准植入。此外，多模态整合方案也正在探索中，例如：联用丁螺环酮药物减轻痉挛，结合对侧C7 神经转移术促进脑功能重组，或整合功能性电刺激（functional electrical stimulation，FES）提升抓握精度。

随着技术不断成熟，SCS 应用范围也已从传统领域拓展至帕金森病相关的步态冻结与平衡障碍等疾病治疗。

3. 目前临床应用存在的问题

SCS 治疗卒中后运动障碍在临床应用中：首先，要面对临床证据薄弱与疗效局限的问题。目前相关研究多为小样本探索性试验，仅存在少数临床研究，缺乏多中心、大样本量、长期随访的随机对照试验，研究结论的普遍性与可靠性不足，难以支撑循证医学需求。其次，疗效方面存在明显局限性，SCS 对上肢功能的改善具有选择性，无法实现全维度功能恢复，尤其在腕部特定功能、精细手指运动（如独立手指控制、精准抓握）等关键领域存在空白，且现有研究干预周期短（多为4 周内），长期疗效持续性与安全性数据严重缺失，潜在风险尚不明确。

再次，SCS 还存在技术标准化缺失、研究设计缺陷及临床推广障碍。刺激参数目前无统一规范，不同研究间差异显著，且现有SCS 硬件多为慢性疼痛治疗设计，未适配卒中康复对颈膨大区的靶向需求。同时，适应证与患者筛选标准不明确，无法有效区分“应答者”与“无应答者”，进一步阻碍临床应用转化。

来源：邓智怀,孟凡刚,季玉陈.脊髓电刺激治疗卒中后运动障碍：机制、疗效、创新应用与未来展望[J].中国微侵袭神经外科杂志,2025,29(12):748-753.