経皮的脊髄刺激が脊髄損傷後の手と腕の機能を回復させる

2024-06-13 Thu
脊髄損傷（Spinal Cord Injury, SCI）による上肢麻痺は、患者の独立性と生活の質に大きな影響を与えます。SCIの患者群体において、手や腕の動作制御の回復は最も優先される治療目標とされており、この要求は歩行能力の回復よりもはるかに高いです。しかし、現時点での上肢機能を改善する臨床的方法は、独立した生活を取り戻す効果には至っていません。従来の運動療法や機能的電気刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）、体感刺激（Somatosensory Stimulation）および経頭蓋磁気刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）などの方法は、運動機能の向上において効果が限られています。
近年の研究により、電気刺激技術を使用して損傷部の下の脊髄回路を活性化し、能動的な運動機能を回復させることができることが示されています。特に、電極を植え込む脊髄電気刺激技術は、立位や歩行の自発的な制御を著しく改善することが示されました。しかし、この侵襲的な方法の実施の複雑さとリスクは、上肢麻痺患者への適用を制限しています。こうした背景から、科学者たちは非侵襲的な方法である経皮脊髄電気刺激（Transcutaneous Spinal Cord Stimulation, tSCS）を探り、上肢機能の向上において突破口を見出そうとしています。
研究及发表背景本文はFatma Inanici、Lorie N. Brighton、Soshi Samejima、Christoph P. HofstetterおよびChet T. Moritzなどの研究者によって共同執筆され、研究機関にはワシントン大学の電気およびコンピュータ工学科、リハビリテーション医学科、神経外科が含まれます。この記事は2021年IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering誌に掲載されました。この研究は神経技術センターとワシントン州脊髄損傷連盟からの一部資金援助を受けており、ClinicalTrials.govに登録されています（番号：NCT03184792）。
研究设计和方法1. 研究设计この研究は前向きで、オープンラベル、クロスオーバーデザインの試験です。ベースライン測定は、介入開始前の4週間にわたり毎週1回実施されました。介入フェーズの最初の1ヶ月間、すべての参加者は集中機能訓練だけを受けました。第2ヶ月目には経皮電気刺激と訓練を組み合わせました。
2名の完全運動損傷（American Spinal Injury Impairment Scale, AIS B）患者と1名のAIS D型中央脊髄症候群患者は、第2ヶ月目に電気刺激治療を継続しましたが、残りの3名の不完全損傷（AIS C-D）患者は、第2ヶ月目には訓練だけを行いました。研究全体を通じて、両腕交差デザインが繰り返され、電気刺激が機能向上に実際に貢献したかどうかを確認することを目的としており、各参加者が自分自身の対照として機能しました。
2. 参与者この研究では、平均年齢42歳、受傷期間平均4.6年の慢性頸椎脊髄損傷のボランティア6名を募集しました。これらの参加者は、すべての試験手順に同意した後、ビデオ記録や画像撮影を含むテストを受けました。
3. 强化功能任务训练上肢訓練は毎週3回、各2時間実施され、片手および両手のタスク、指先の動作、グリップおよびピンチなどの活動が含まれ、活動の難度は参加者の状況に応じて段階的に増加しました。
4. 经皮脊髓电刺激実験に使用された経皮電気刺激装置はNeuroRecovery Technologies Inc.（現Onward Medical BV）によって開発されました。刺激方式は2つの独立したチャンネルを利用し、刺激部位は頸椎区の2箇所と骨盤区の2箇所です。刺激周波数は毎秒30回の基底周波数に、毎秒10キロヘルツの電流を重ね合わせ、高強度の刺激が皮膚を通過する際に不快感を引き起こさないようにしています。
5. 结果测量主要な結果測定指標は手の力、感覚およびグリップ能力の分級再定義評価（Graded Redefined Assessment of Strength Sensibility and Prehension, GRASSP）です。二次的な指標には、国際脊髄損傷神経分類基準（International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury, ISNCSCI）試験、側方ピンチ力測定および痙攣の臨床評価が含まれます。
6. 数据分析実験データは、一元反復測定分散分析（ANOVA）およびTurkey LSDテストを用いて分析され、機能変化データは対ペアサンプルt検定によって検証されました。
研究结果研究は、経皮頸椎脊髄電気刺激と強化訓練を組み合わせることで、完全および不完全な頸椎脊髄損傷患者において、上肢機能が有意に回復することを示しました。この回復は数ヶ月にわたって持続しました。結果は、すべての参加者が電気刺激治療後、訓練だけでは得られないほどの機能向上を示したことを示しています。
1. 完全麻痺患者の改善第1の完全麻痺患者は、研究に参加時には指や親指を全く動かすことができず、4週間の強化訓練を受けた後も回復はありませんでした。しかし、4週間の電気刺激と訓練を組み合わせた後、初めて指が動くようになり、測定可能なピンチ力を生成できるようになりました。この機能向上は治療停止後6ヶ月間にわたり維持されました。
第2の完全麻痺患者も同様の改善を示し、電気刺激と訓練により彼の手のピンチ力が大幅に向上し、治療後3ヶ月間維持されました。
2. 部分麻痺患者の改善残りの4名の参加者は、研究参加時にすでに指や親指の一部の活動能力を有していました。受傷から12年以上経過した1名の患者は、電気刺激を受けた初日に握力が回復し、この改善は刺激と訓練終了後6ヶ月間維持されました。すべての参加者は、電気刺激と訓練を組み合わせた期間中に力とグリップ能力が有意に向上し、統計的に有意なレベル（p < 0.025）に達しました。
3. 他の機能の改善運動機能の回復に加えて、経皮脊髄電気刺激は自律神経機能にも有意な改善をもたらしました。例えば、ある患者は受傷後12年間にわたり心拍数が常に低い状態（40-45回/分）でしたが、刺激期間中に正常範囲（60-65回/分）に回復し、フォローアップ期間中も維持されました。他の参加者は体温調節および膀胱機能の改善を報告しました。
4. 長期的な機能回復の強調本研究において、すべての機能向上は最終介入後3〜6ヶ月間にわたり維持され、これはこの治療方法が損傷中枢神経系の神経可塑性（neuroplasticity）を促進することを示しています。刺激技術と集中訓練の組み合わせは、以下のメカニズムを通じて即時および長期的な回復を実現する可能性があります：経皮刺激は背根感受器経路を活性化し、脊髄ネットワークを活性化し、脊髄以下のニューロンに閾下の励起を提供し、残存するが休眠中の下行経路がより容易に活性化され、能動的な運動制御能力を回復させます。
讨论与展望本研究の発見は、経皮脊髄電気刺激と強化訓練を組み合わせることで、上肢麻痺患者の機能を顕著に回復させる効果を持つことを示し、この方法が非侵襲的であり、臨床転換の高い可能性を備えていることを示しています。しかし、研究にはいくつかの限界もあり、盲法および偽刺激制御を実現することが難しく、参加者の基線機能の多様性が結果のばらつきをもたらす可能性があります。今後は、より大規模なサンプル研究や評価者の盲法テストが必要であり、経皮脊髄電気刺激の効果をより厳密に評価する必要があります。
この研究は、脊髄損傷の治療法を探求するための重要な基盤を提供し、将来的に臨床実践において経皮脊髄電気刺激治療方法を適用するための方向性を示しています。