经皮脊髓电刺激（tSCS）是一种非侵入性的神经调控技术，通过在皮肤表面放置电极，利用电流刺激脊髓神经网络，从而诱发或调控运动反应。它被认为不仅有助于深入理解脊髓中间神经元的功能，还能为脊髓损伤（SCI）等神经系统疾病患者的康复提供新途径。其作用机制主要基于对脊髓后根感觉传入纤维的优先去极化，由此引发的运动反射反应被称为后根-肌肉（PRM）反射或多节段单突触反应（MMR）。与直接刺激运动神经的传统技术不同，tSCS被认为通过单突触或少突触通路进行跨突触传递，从而调节脊髓网络的兴奋性，可能激活中枢模式发生器（CPG）和脊髓固有系统（PSS），降低运动冲动传播的阈值，为慢性瘫痪患者的运动功能恢复带来希望。

尽管一些初步研究报道了tSCS在改善慢性SCI患者下肢、躯干和上肢功能方面的积极案例，但该领域仍处于早期探索阶段。目前，在刺激参数（如电极配置、剂量）、实验方案和结果测量（尤其是表面肌电图，EMG）方面缺乏共识，存在巨大的方法学异质性。此外，现有研究的证据质量普遍不高，样本量小且异质性强，限制了得出明确结论的可能性。因此，系统性地评估现有研究的方法学，总结当前使用的参数，并指出未来研究的标准方向，对于推动tSCS的临床转化至关重要。
 

论文摘要

本系统性综述旨在方法学层面评估使用tSCS在脊髓损伤（SCI）个体中产生运动反应的研究，并对纳入试验的质量进行评价。研究团队系统检索了截至2021年5月发表在EMBASE、Medline (Ovid)和Web of Science数据库中的文献。经过筛选，最终纳入了25项符合标准的研究，并将其分为两类：用于反射反应神经生理学研究的tSCS（9项）和用于运动恢复治疗性研究的tSCS（16项）。

研究结果显示，根据Downs and Black质量检查表，纳入研究的整体证据质量被评为“差至一般”（平均得分10.5 ± 4.9，满分32分）。方法学上存在显著异质性，尤其是在刺激参数和结果测量方面。神经生理学研究多使用单次或成对脉冲、低频率（如0.1-1 Hz）和特定的电流强度（如基于运动阈值设定），以诱发和分析PRM反射。而治疗性研究则倾向于应用持续的脉冲串，频率在5-30 Hz之间，常结合载波频率（2.5-10 kHz），并与物理治疗、 treadmill训练等康复活动同时进行，电流强度可达210 mA（颈椎区域）。电极配置、位置（如针对下肢多刺激T11-T12/L1-L2）和参与者体位也各不相同。表面肌电图（EMG）是主要的运动反应评估手段，但其记录、处理（如滤波去除刺激伪迹）和归一化方法在各研究间报告不一致且常常缺乏细节。

研究方法

本研严格遵循系统综述和Meta分析首选报告项目（PRISMA）指南。检索策略广泛覆盖了“脊髓刺激”、“脊髓损伤”和“运动反应”等相关术语，在EMBASE、Medline (Ovid)和Web of Science三个数据库中进行系统性检索，截止日期为2021年5月31日。文献筛选由两名评审员独立完成，并根据预先设定的PICO模型资格标准（表1）进行，通过标题、摘要和全文三级筛选，最终确定纳入研究，一致性较高（Cohen’s Kappa = 0.88）。
 
纳入研究的质量使用Downs and Black (D&B)检查表进行评价，该工具适用于评估非随机对照试验，涵盖报告、内部有效性（偏倚和混杂）、外部有效性和统计功效五个方面。数据提取采用标准化表格，内容涵盖研究类型、样本特征、干预参数、结局测量、EMG数据收集与处理以及安全性事件。特别地，为了便于跨研究比较差异巨大的刺激参数，本研究明确定义了关键刺激参数（如表2所示），并尝试计算了脉冲电荷、电荷密度、均方根电流等通用电气特性。由于研究间方法学和结局测量的异质性，未进行Meta分析，而是进行了描述性的定性综述。
 
在实验设备方面，多项纳入研究提到了使用专业的肌电采集设备。值得注意的是，部分研究（如Hofstoetter等人的研究）使用了来自OTBioelettronica (Italy)的Quattrocento。软件采集系统等，采样频率在1,000至10,000 Hz之间。
 

实验结果

在纳入的25项研究中，共涉及173名SCI参与者。神经生理学研究样本量相对较大（平均10人），而治疗性研究样本量较小（平均5人）。参与者涵盖了广泛的年龄、损伤节段（C1-L2）和损伤程度（AIS A-D）。

刺激参数与配置：
 
电极配置差异显著。阴极多置于脊柱背侧中线或椎旁（T11-L2区域针对下肢），阳极则多置于下腹部或髂前上棘。治疗性研究更常使用多个节段同时刺激。在电气剂量上，神经生理学研究使用低频率（~1 Hz）单/双脉冲，电流通常在100 mA以下，多采用1 ms脉宽的矩形单相波。治疗性研究则使用连续脉冲串（5-30 Hz），电流强度更高（最高210 mA），并普遍使用载波频率（2.5-10 kHz），但其理论依据并不明确。计算出的最大电荷密度在神经生理学研究中为1.8-53 μC/cm²，治疗性研究中的均方根电流密度则为0.1-11.6 mA/cm²，后者有一例因小电极面积和高电流而超过安全参考值。
 

EMG记录与结果测量：
 
EMG记录了来自下肢、上肢和躯干的共28块肌肉。仅少数研究（8项）详细报告了皮肤准备、电极类型和间距等EMG采集细节。刺激伪迹是主要挑战，部分研究采用了带通滤波、巴特沃斯滤波或线性自适应滤波等方法处理，但许多治疗性研究未明确报告去伪迹措施。在结果处理上，神经生理学研究主要分析诱发反应的峰峰值、潜伏期及配对脉冲抑制（PAD）等。治疗性研究则采用了多达30种不同的功能结局指标（如关节运动学、步态参数、力量、AIS评分等），但对动态EMG信号进行振幅归一化的研究很少，多数仅展示原始或整流后的示例波形，限制了结果的定量比较和跨研究整合。

安全性与研究质量：
 
仅7项研究明确报告了不良事件，包括皮肤发红、排尿反射激活、轻微头晕、恶心等，均报告为短暂且不严重。质量评估显示，所有研究在外部效力和统计功效上得分普遍较低，多数研究设计为非随机、非盲法，且缺乏安慰剂对照。
 

总结与展望

本综述揭示了当前tSCS在SCI领域研究的方法学多样性与证据基础的局限性。尽管初步结果令人鼓舞，证明了tSCS在神经生理探查和运动康复中的可行性，但研究质量的“差至一般”水平、刺激参数的巨大异质性以及EMG测量与报告的不规范，使得难以确定最优方案并得出确证性结论。

未来研究亟需在以下方向取得突破：首先，必须进行旨在优化参数的高质量研究，系统探索电极配置、极性、刺激模式（如载波频率的必要性）对不同运动结局的影响，并建立个体化的参数选择策略。其次，需要标准化方法学，特别是EMG的记录、处理（尤其是刺激伪迹的有效去除）和归一化流程，以允许跨研究和跨中心的定量数据比较与整合。最后，应提升临床试验的严谨性，包括采用更大的样本量、随机对照设计、恰当的盲法和安慰剂刺激（如 Sayenko 等人所做的尝试），并详细报告招募流程与不良事件，以构建关于tSCS安全性、有效性和标准化应用的坚实证据体系。

总之，tSCS作为一种有前景的非侵入性神经调控工具，其潜力的充分发挥依赖于方法学的严谨性与一致性。只有通过高质量、标准化的研究，才能将其从探索性技术转化为脊髓损伤康复中可靠、有效的临床干预手段。

原文链接

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0260166

研究团队介绍

本研究由爱尔兰都柏林大学圣三一学院一支多学科交叉团队完成。通讯作者Clare Taylor（解剖学系）与Conor McHugh共同主导了研究的筛查、数据提取与质量评估。Conor Minogue（生物医学工程中心）与Richard B. Reilly教授（生物医学工程中心）在研究方法设计与数据分析上提供了核心工程学与神经科学支持。Neil Fleming博士（医学院）作为资深作者，负责项目总体构思、监督与最终审阅。团队还得到医学图书馆专家David Mockler在系统性检索策略上的专业支持，确保了研究的全面性与严谨性。该团队整合了解剖学、临床医学、生物医学工程及信息科学等多领域专长，共同完成了这项对经皮脊髓电刺激方法学进行系统性评估的重要综述。此外，研究获得了颠覆性技术创新基金（DT-2018-0128）的资助。

 
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