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；