镜像疗法对脑卒中偏瘫病人上肢功能恢复的研究进展

近年来,每年新增脑卒中病人200万例[1]。而脑卒中的高致残率使得病人生活依赖程度高,生活质量显著下降。其中上肢及手功能的丢失成为生活独立性差的元凶。随着镜像疗法在脑卒中上肢康复领域应用地不断深入与镜像工具的不断创新,其治疗效果受到广泛好评,成为脑卒中后上肢功能恢复的新曙光。

1 镜像治疗的作用机制

1.1 神经生理机制 20世纪90年代意大利著名神经科学教授Rizzolatti的研究团队采用单细胞记录技术,在恒河猴大脑皮层额叶第5区与顶下小叶(inferior parietal lobule, IPL)相继发现镜像神经元[2]。在随后的成像技术中功能性磁共振(FMRI)及脑电图等客观指标中也同样发现人类大脑中的镜像神经元踪迹。目前多数观点是:镜像神经元系统(mirror neuron system, MNS)主要位于人脑前运动皮质(premotor cortex, PM)、额下回(inferior frontal gyrus, IFG)、IPL,而这也正是动作执行和观察的核心区域位置,在一项集合了125 个人类FMRI研究的Meta分析也肯定了这个结论[3]。庄卫生等[4]将FMRI作为镜像神经元激活程度的检测,使得试验中镜像神经元激活情况可视化。在他的试验中,FMRI检查一般采取block-sign方案,并选择与躯体运动相关的脑区如初级运动区(MI)、运动前区(PMC)、补充运动区(SMA)。动作疗法在FMRI上的效果表现为MI、PMC及SMA等区域激活体积较治疗前显著增加,其中以支配手及上肢区为主的脑区激活体积增加尤为突出。Calmels等[5]发现在观察动作和实际执行动作过程中,两者同步记录的脑电图显示出相同被激活的脑区。

总而言之，在实施镜像疗法过程中能激活MNS包括顶额镜像系统和边缘镜像系统[6],促进大脑重塑,使得病人功能得到提升。

1.2 视觉反馈 镜像疗法又被称为镜像反馈疗法。脑卒中病人在执行双侧对称性活动时,在大脑发出健患侧同步运动指令的同时可观察到来自平面镜中的正常运动,带来中枢到外周的完整输入传出通路[7]。镜像疗法使得患侧运动能力强化,患侧肢体得到更多的使用,增加患侧肢体存在感,减轻习得性废用[8]。这一原理同样可用于改善单侧忽略[9]。最近国外学者对1例左侧偏瘫的脑卒中病人使用机器人联合镜像疗法,病人在双侧执行对称性活动的治疗后,FMRI成像显示右侧顶上小叶下部脑活动显著增加,提示本体感觉增强的可能性[10]。

2 镜像工具的演变

传统的镜像疗法是依托于一面垂直立于桌面的平面镜,最早应用于幻肢痛与脑卒中后偏瘫[11]。主要利用视错觉的原理,以健侧肢体主动活动的平面镜反射影替代患侧肢体活动的视觉效果,最终达到恢复运动和减轻异常感觉的目的。镜盒是镜像治疗的常规工具,Lin等[12]利用镜盒与网格手套作为治疗工具,实施镜像治疗时,双侧上肢同步进行功能性活动,明显提升了试验中43例病人的运动功能,同时有效减少了上肢运动时共同运动中肩外展的发生率。Michielsen等[13]在常规的垂直于桌面平面镜的基础上,在健侧上方加一档板以减少健侧活动对患侧的干扰,使得治疗环境简单化,其对40例病程3年以上的脑卒中后遗症期病人进行试验,其中镜像组的FMRI显示运动激活区域由初级运动皮层区向偏瘫侧转变,但治疗效应在停止试验后未有延续。Kim等[14]则将平面镜置于可折叠面板上,患手活动由折叠板遮盖,且面板与健患手间距离可根据需求调节。Lee等[15]用电脑显示屏、摄像头及木盒,将数字成像技术融入镜像工具,代替了传统平面镜装置的镜像工具,使得健手活动信号通过摄像头捕捉投影于电脑显示屏上,患手由桌面上的木盒遮挡,将光学成像转变为数字成像,使得微小的运动信号都得以被捕捉从而转变为视觉信号,且信号传播实时准确度高。Beom等[16]在数字成像的基础上,将虚拟现实游戏应用于镜像治疗,同时使用传感器记录健侧活动,患侧由外骨骼机器人提供辅助,外骨骼机器人纠正及补偿计算机计算出的患侧与健侧用力的差异,使得健患侧做到同步运动。Nam等[10]对1例56岁左侧偏瘫的脑卒中男性病人使用双轴机器人结合镜像疗法,经历为期2周共10次,每次30 min的双侧活动后,FMRI显示右侧顶上小叶下部脑活动明显增加,预示治疗引发本体感觉增强。

镜像工具演变经历了从最基础的平面镜、镜盒、可折叠调节距离的镜像折叠板、在不同平面镜的基础上健侧加遮挡物等到虚拟数字成像技术,最后到机器人辅助下的虚拟情景游戏,已经发生了从光学成像到数字成像的重大转变。从动作操作角度讲,从最简单的主观人为干预的训练方式过渡到人工智能参与的智能化辅助,从而最大限度地实现健患侧同步活动,其中虚拟游戏的加入使得训练变得趣味化,增加了病人的积极性与参与感,希望未来虚拟游戏能更丰富,适应更多病人对功能改善个性化的需求。以上的转变展现了镜像工具创新性,提升了镜像疗法与临床工作的结合度。

3 镜像联合疗法

近年来镜像工具与其他疗法联合应用都产生了良好治疗效应。Cacchio等[17]对脑卒中后早期及后遗症期并发肩手综合征病人使用镜像疗法,结果显示镜像组的休息状态视觉模拟评分(R-VAS)、被动运动视觉模拟评分(P-VAS)均有明显下降;而后Corbetta等[18]对1例卒中后继发中枢性疼痛表现为左上肢灼痛,病程长达5年的病人进行了持续2周,每周5次,每次45 min的镜像疗法后,安静休息VAS评分下降4.5分。常见的动作观察联合镜像疗法是指先观察动态的上肢够取、抓松的动作,后在镜像工具的辅助下尽量模仿[19]。王春苑等[20]将镜像疗法结合动作观察,对81位脑卒中病人进行随机分组试验,16周试验结束后治疗组病人较对照组Fugl-Meyer上肢部分功能评分(FMA)及改良Barthel 指数(MBI)均有大幅提升。曾明等[21]在镜像联合动作观察的临床研究中,观察组较对照组体感诱发电位中的N9、N20的潜伏期缩短及波幅增大。侯红等[22]利用镜像疗法结合运动想象治疗脑卒中病人,6周后治疗组包括偏瘫上肢功能测试-香港版及MBI评分有大幅提升,表示治疗后病人上肢运动功能及日常生活能力显著提升。国内也有学者将一般任务包括抓球、握球、持杯的导向活动,及活动分析法与镜像疗法联合,同样也对偏瘫病人上肢运动功能及基础的日常生活能力有较大改善作用[23-24]。美国作业治疗师也将任务导向作业活动联合镜像疗法应用于脑卒中病人,治疗后所有病人上肢功能与作业表现均有改善[25]。

除了与康复技术联合应用,物理因子与镜像疗法的联合疗法也是国内外研究的热门方向且行之有效。Kim等[14]在病人健患侧均贴有表面电极接收器,当进行规定动作时,只要收集到的健侧表面肌电信号超过设定的阈值即会给予患侧5 s的电刺激,治疗后试验组的患侧肌力、主动关节活动度及日常生活能力均有大幅提升,但患侧痉挛状况未有减轻。Lin等[12]改良了镜像工具,采用网格手套给予功能性电刺激,尤其针对病人痉挛程度给予不同强度及时间量的功能性电刺激,结果显示病人患侧不仅运动能力、日常生活能力提升,而且痉挛程度也有减轻。姚淑英等[26]将肌电生物反馈与镜像疗法连用,对于BrunnstromⅠ期病人采用神经肌肉电刺激模式,对于BrunnstromⅡ期及以上病人采取肌电触发电刺激模式,在肌电生物反馈仪语音提示下,健侧主动完成,患侧在电刺激下完成,共同完成伸腕、伸指等动作,治疗结束后,镜像联合肌电生物反馈组的Fugl-Meyer 运动功能评分、功能独立性评分、患侧腕关节背伸主动关节活动度、患侧前臂伸肌群主要是伸腕、伸指肌群相关肌电积分较治疗前及常规训练组治疗后均有显著提升。但表面肌电信号较弱,容易受干扰,依赖后期信号处理,所以急需进行技术的革新。Kim等[27]对病程短于3个月的脑卒中病人进行高频重复经颅磁刺激联合任务导向镜像疗法,发现病人训练后捏、握等精细动作均有显著改善。

与动作观察、运动想象、任务导向、活动分析等镜像联合疗法相比,功能性电刺激与肌电生物反馈更能实现双侧运动的同步性,增强现实感,同时降低了试验的入选标准,对于迟缓期的脑卒中病人也同样适用。而重复性经颅刺激更具有中枢介导、特定功能区激活的优势,可针对性解决特定功能障碍。今后类似于肌电信号、FMRI、脑电图、体感诱发电位等检测方法需要更多地被应用于镜像疗法领域,从而实现对病人实际内在变化的动态监控、治疗方案的实时调整。但大部分的研究表明镜像疗法对上肢远端功能改善明显,对减轻痉挛能力有限。

4 讨论与展望

尽管镜像疗法应用已有23年久,但仍然有许多局限和未知等待着我们去解决与发现。从治疗角度讲,对于双侧瘫的病人,无法使用现在的镜像工具去帮助他们,或许将来虚拟现实技术的再发展可以帮助我们降低病人入选标准。未来减重镜像工具的设计和应用对脑卒中病人早期-软瘫期病人的康复进程推进可能有较大的影响,因为偏瘫早期病人肌力较弱,并不能很好地完成指令动作。外国学者证实镜像疗法用于脑卒中后遗症期，作为脑卒中病人家庭训练也可以很好地提高偏瘫病人上肢运动功能,但国内仅有少数该方面研究[28-29]。目前镜像疗法局限于对脑卒中上肢功能促进的研究,未来是否可向偏瘫病人下肢、躯干、口面部等进行延伸研究,或许对周围神经损伤病人也有临床应用价值。因为有报道发现，在臂丛神经受损病人康复过程中，应用镜像疗法结合肌电生物反馈改善了病人手功能。

标准化的操作流程尚未建立,不同操作者对指令动作有不同的分解方式,又或者经验浅的操作者不能很好地处理病人个别化的功能状况。国外有报道显示:镜像联合常规治疗,其中镜像疗法所用时长需大于常规疗法才能产生更好的治疗效应,且长时长的镜像疗法不比短时长的镜像疗法获得更佳的功能提升[30]。那么镜像疗法联合常规疗法或单独应用镜像疗法中,如何配比治疗时间、正常一次镜像治疗产生治疗效应的最短时长、治疗效应达顶峰的时长、何种特定的动作刺激对镜像神经元激活程度高亟待被发掘统一。

此外，虽然肌电生物反馈、重复经颅磁刺激、虚拟现实技术联合镜像疗法被反复验证,能很好突破一般联合疗法的瓶颈,同时外骨骼机器人联合镜像疗法能实现双侧同步化活动,将视觉输入与本体感觉输入同时进行,具有比一般单纯镜像更好的治疗效应,但由于这些辅助工具相对价格较高,在临床上大面积推广可能尚有较大难度。因此,镜像疗法辅助工具的革新更是需要首先解决的问题,能否找到一种价格相对低廉、易于临床大面积推广的智能化镜像辅助工具便是其中关键。

综上所述,本文初步介绍了镜像神经元疗法的理论及相关研究进展,以期获得康复同道关注,从而更好地指导临床康复工作。