脊髓損傷后的修復與康復治療

脊髓損傷后的修復與康復治療

過去，脊髓傷（cp）被認為是一種無法治愈的疾病。長期以來，人們一直關注數(shù)學和腦癱。近年來有關SCI的基礎研究加深了對SCI后的修復相關因素的認識,分子生物學、細胞生物學等學科的發(fā)展為SCI的治療提供了新的手段,為人類SCI的成功治療帶來了新的希望。我們就SCI后的修復與康復治療的現(xiàn)狀及其進展綜述如下。神經(jīng)再生的生物免疫后治療成年哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(centralnervoussystem,CNS)神經(jīng)元在損傷后具有內源性再生能力,前提是必須為其提供有利的再生微環(huán)境。SCI后軸突不能有效再生與脊髓微環(huán)境中有不利于軸突生長的抑制性因素有關。這些因素包括成年哺乳動物的CNS的髓磷脂和少突膠質細胞中存在的軸突生長抑制因子。這些抑制因子是導致SCI后早期(膠質瘢痕形成以前)再生失敗的主要原因。SCI晚期由增大的星形膠質細胞突起和相關物質在損傷區(qū)形成的膠質瘢痕,為致密的網(wǎng)狀結構,該結構成為阻礙再生神經(jīng)延伸的物理性屏障。同時,膠質瘢痕中還含有抑制軸突生長的硫酸軟骨素蛋白多糖(chondroitinsulfateproteoglycan,CSPG),所以該結構也是阻礙神經(jīng)再生的化學性屏障。SCI后治療的主要目的和機制,就是通過各種手段為受損神經(jīng)提供一個有利的再生微環(huán)境,從而促進受損神經(jīng)軸突的再生并達到功能恢復。Tatagibe等認為必須具備下列3個條件才能使受損脊髓的軸突得以成功地再生:①必須具有一定數(shù)量的神經(jīng)元存活,因為軸突再生所需要的結構和功能性物質只能在胞體內合成;②再生的軸突必須生長足夠的距離,以穿過或繞過脊髓受損部位;③再生的軸突必須定位于合適的靶細胞并形成功能性連接。為促使受損脊髓盡可能恢復功能,可采用以下策略:①保護損傷后殘存的神經(jīng)組織,限制繼發(fā)性細胞破壞;②應用各種橋接物的移植,以替代缺失的神經(jīng)組織;③阻斷內源性神經(jīng)再生抑制性因素的作用;④給予適當?shù)拇碳?以增強殘存神經(jīng)回路的重新塑型,同時鞏固、促進結構和功能的恢復。多年來,國內外許多學者圍繞上述幾個環(huán)節(jié)進行探究,以求有效地恢復受損脊髓的功能。來橋接髓中功能重建的作用組織及細胞移植的目的是期望通過移入脊髓內的組織及細胞成分來橋接脊髓并逆轉不利于神經(jīng)再生的中樞微環(huán)境,以促使再生軸突穿越膠質瘢痕,實現(xiàn)功能重建。用于橋接脊髓的移植物有周圍神經(jīng)、Schwann細胞、胚胎中樞神經(jīng)組織、嗅鞘細胞等。一、再生橋的神經(jīng)功能由于周圍神經(jīng)移植在周圍神經(jīng)損傷治療中取得了良好的療效,周圍神經(jīng)及Schwann細胞移植便成為較早應用的移植物。周圍神經(jīng)及Schwann細胞脊髓內移植是對受損神經(jīng)組織的急性替代,借此橋接受損神經(jīng)元與其靶細胞,以利于重建神經(jīng)聯(lián)系,并提供Schwann細胞、神經(jīng)營養(yǎng)因子等功能性物質,為脊髓再生提供所需的微環(huán)境。雖然再生軸突可以在移植物內長距離生長,卻很難離開移植物進入受體脊髓組織,所以不能形成有效的神經(jīng)通路,以致神經(jīng)功能恢復有限。而且,再生的軸突大多來源于胞體靠近損傷位點及胞體距損傷部位超過5cm以上的神經(jīng)元,其軸突很難再生,特別是皮質脊髓束這樣的長傳導束,再生十分困難,所以移植后的功能恢復差。近年來已很少有使用周圍神經(jīng)及Schwann細胞移植,至多是與其它方法聯(lián)合應用。二、骨髓內胚胎景觀的作用機制胚胎中樞神經(jīng)組織移植一直是SCI后修復研究的熱點,被認為是較理想的移植物。胚胎中樞神經(jīng)組織分化程度很低,對缺血、缺氧和機械性損傷的耐受性較好,移植物能夠在SCI部位存活、生長直至分化成熟,而且能夠與受體脊髓相整合,互相投射部分神經(jīng)纖維,并建立一些神經(jīng)通路。胚胎中樞神經(jīng)組織移植促進受損脊髓形態(tài)、功能恢復的作用機制為:①減輕受體神經(jīng)元軸突切斷后發(fā)生的逆行性潰變,挽救某些特定的神經(jīng)元,并促進軸突再生;②抑制SCI區(qū)膠質瘢痕的形成,修飾已形成的膠質瘢痕,以利于軸突再生和再生軸突的通過;③作為橋接受損脊髓的組織橋,誘導再生軸突穿過損傷區(qū),再支配另一側的殘端,從而恢復神經(jīng)聯(lián)系;④代替脊髓上位神經(jīng)元釋放特殊的神經(jīng)遞質和/或調質,在神經(jīng)環(huán)路完整性遭到破壞的條件下,部分恢復對下位脊髓的調控能力;⑤替代損傷的脊髓組織成分,起“中繼站”的作用,與再生軸突構成突觸聯(lián)系,傳導信息,恢復受體脊髓兩斷端間的神經(jīng)聯(lián)系。目前,脊髓內胚胎中樞神經(jīng)組織移植的方法多采用細胞混懸液立體定向注射法或胚胎組織塊直接植入法?？捎糜诩顾鑳纫浦驳呐咛ド窠?jīng)組織包括胚胎腦皮層組織、胚胎腦干移植物、胚胎脊髓等,其中最常用的是胚胎脊髓。雖然胚胎脊髓移植臨床應用的探索已經(jīng)開始,但仍存在以下不足之處:①為異體移植,有排斥反應;②人的胚胎脊髓移植來源很少,而且將面臨許多法律和倫理學問題;③胚胎脊髓內細胞成分復雜,這些成分的分化成熟及轉歸復雜,而且難以控制。三、oecs移植成年哺乳動物的CNS損傷后難以再生,但嗅球部位卻是一個例外。成年哺乳動物離斷的嗅神經(jīng)軸突可自發(fā)長入嗅球,并與其靶器官建立突觸聯(lián)系。嗅球與CNS其它部分再生狀態(tài)的不同和其具有的嗅鞘細胞(olfactoryensheathingcells,OECs)有關。OECs是嗅覺系統(tǒng)的膠質細胞,起源于嗅球和嗅粘膜固有層,包繞著位于嗅粘膜中的嗅細胞與嗅球之間的軸突。此種特殊的鞘細胞是目前所知的唯一一種能穿越中樞與周圍神經(jīng)邊界的膠質細胞。OECs同時具有Schwann細胞和星形膠質細胞的特征,一方面它能夠分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子(如血小板源性生長因子、神經(jīng)肽Y、細胞基質成分和細胞粘連分子),為再生軸突提供適宜的微環(huán)境;另一方面它還可以與CNS整合,形成細胞索支架,伴隨并包裹再生軸突,使其避免與中樞再生抑制因素接觸,并引導軸突再生至特定的靶細胞形成突觸,從而實現(xiàn)功能的重建。OECs所具備的這些特性使OECs移植成為目前治療SCI最有臨床應用前景的方法之一。Ramón-Cueto等應用OECs移植修復SCI,發(fā)現(xiàn)雖然移植的OECs不能防止膠質瘢痕的形成,但OECs、反應性星形膠質細胞以及炎性細胞的交互作用可以改變這些細胞所產(chǎn)生的因子,從而將膠質瘢痕中所含有的抑制性分子組分調整為適宜軸突延伸的分子環(huán)境。移植的OECs能促使軸突長入通常不能繼續(xù)生長延伸的中樞環(huán)境,并引導再生的上、下行神經(jīng)纖維在損傷區(qū)兩側的脊髓組織內長距離的延伸。術后3~7個月SCI動物的感覺、反射和運動功能都有所恢復,動物后肢有自主性活動,能支撐身體體重,后肢輕觸覺和本體感覺有恢復。黃紅云等在OECs的臨床研究中發(fā)現(xiàn),在排除脊髓減壓作用的可能性后,經(jīng)OECs移植治療的脊髓損傷晚期患者的脊髓神經(jīng)功能均有不同程度的改善,且呈繼續(xù)改善趨勢。由于OECs可從成人的嗅覺系統(tǒng)內得到,自體OECs移植無免疫排斥反應,故OECs移植有望成為治療SCI的有效方法。但目前OECs移植仍存在一些問題:①OECs移植后長入遠側脊髓的軸突數(shù)量和質量距臨床修復的要求還相差很遠;②自體移植要求時間長,不可能應用于急性SCI;③OECs的取材、培養(yǎng)、純化等方面條件要求嚴格,使來源受限,特別是人的OECs取材困難,無論是獲取嗅球或嗅粘膜固有層的細胞,其難度都很大,使臨床應用進程緩慢。抑制性蛋白胚胎或幼年哺乳動物的中樞神經(jīng)損傷后,除可通過離斷軸突的再生而實現(xiàn)功能恢復外,還可通過神經(jīng)的可塑性來恢復部分神經(jīng)功能,即鄰近損傷部位的正常神經(jīng)組織通過側支出芽方式發(fā)出新的神經(jīng)纖維,使失去正常神經(jīng)供應的結構重新獲得神經(jīng)支配。隨著動物發(fā)育成熟,CNS的再生和可塑性功能逐漸消失。這種再生能力的降低在時間和位置上與白質中少突膠質細胞的出現(xiàn)和髓鞘形成密切相關。概括起來,在成年哺乳動物的CNS中存在三種抑制因子:由少突膠質細胞表達的勿動蛋白(nogoprotein)、髓磷脂中含有的髓磷脂相關脂蛋白(myelin-associatedglycoprotein,MAG)與CSPG。這些抑制性蛋白在神經(jīng)發(fā)育早期起調節(jié)軸突生長、控制軸突導向及協(xié)助構建精確神經(jīng)網(wǎng)絡的作用。在發(fā)育后期,抑制性蛋白阻止軸突的過度生長,將軸突的生長限定在適當?shù)膮^(qū)域內,防止形成異常的突觸聯(lián)系。抑制性蛋白Nogo、MAG作為髓鞘的重要組成成分,起著維持成年CNS,尤其是白質區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡穩(wěn)定性的作用,同時,也成為抑制成年哺乳動物神經(jīng)再生的重要因素。一、nogo異構體1988年Caroni等首次證實軸突生長抑制性蛋白的存在,他們從脊髓髓鞘內分離獲得兩個具有抑制軸突生長活性的蛋白成分,分子量分別為35kDa和250kDa,當時命名為NI-35和NI-250。2000年,CNS軸突生長抑制性蛋白Nogo的基因被鑒定和克隆。Nogo基因至少編碼3個不同的Nogo異構體,即NogoA、NogoB和NogoC,其中NogoA最長、具有最強的軸突生長抑制活性,含有1192個氨基酸,主要位于CNS的髓磷脂中,由少突膠質細胞表達?，F(xiàn)已證實NogoA對應于NI-250,NogoB和NogoC其中之一可能對應于NI-35。Nogo在體內和體外均具有抑制神經(jīng)再生的活性。Nogo通過啟動細胞內信號傳遞系統(tǒng)的方式引發(fā)細胞內儲存Ca2+的釋放,造成軸突生長錐持久性崩潰,從而抑制軸突再生。Nogo單克隆抗體IN-1的發(fā)現(xiàn)是脊髓再生研究的一個轉折點。單克隆抗體IN-1能識別Nogo,并中和它們的軸突生長抑制活性。另外,IN-1與神經(jīng)營養(yǎng)因子-3存在協(xié)同作用,聯(lián)合應用IN-1與神經(jīng)營養(yǎng)因子-3時,再生軸突比單獨應用其中一種方法長得更多更遠。通過蛋白質工程針對NogoA基因外顯子3而合成的單克隆抗體IN-1Fab對NogoA的親和力大為提高,較IN-1對NogoA的拮抗作用更強,有望成為進一步研究的方向。二、mag促進髓磷脂使用的機制1994年Mukhopadhyay等發(fā)現(xiàn),從大鼠脊髓髓磷脂中分離出的膜蛋白MAG具有抑制軸突生長的活性。MAG位于髓鞘表面,直接與神經(jīng)元軸突接觸,在膜與膜相互接觸中起粘附分子作用,并在髓鞘形成、維持髓鞘完整性和調節(jié)軸突與膠質細胞相互作用方面發(fā)揮作用。具體來說,MAG參與髓磷脂結間部的形成;通過影響神經(jīng)纖維的磷酸化過程而抑制軸突發(fā)芽,使神經(jīng)纖維數(shù)量穩(wěn)定在一定水平上;同時,MAG亦調控著軸突生長錐的行為,通過引發(fā)生長錐的崩潰而抑制軸突的生長。MAG也是導致CNS和周圍神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)再生能力差異的重要原因。MAG在髓磷脂總蛋白中只占很小比例,約占CNS髓磷脂蛋白的1%、周圍神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂蛋白的0.1%。周圍神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中MAG含量僅有CNS的10%,因此周圍神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂對神經(jīng)再生抑制作用較弱。另外,周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷后,吞噬細胞迅速聚集在損傷部位,髓磷脂碎片清除較快,利于軸突再生。相反,CNS損傷部位吞噬細胞較少,抑制性物質不易清除,軸突再生受到抑制。三、cspg的抑制作用SCI后形成的膠質瘢痕對神經(jīng)再生起著直接的阻礙作用。除此之外,膠質瘢痕還產(chǎn)生一些抑制因子,其中主要是CSPG。CSPG包括由少突膠質前體細胞產(chǎn)生的NG2、神經(jīng)蛋白聚糖(neurocan)、多能蛋白聚糖(versican)、phosphacan,由星狀膠質細胞產(chǎn)生的神經(jīng)蛋白聚糖、phosphacan、brevican以及由侵入的腦脊膜細胞產(chǎn)生的NG2與多能蛋白聚糖。CSPG的抑制作用部分是通過共有的結構氨基葡糖鏈實現(xiàn)的。體內外的實驗已經(jīng)證實:去除氨基葡糖鏈是阻斷其合成的治療方法,均能促進再生的軸突穿過CNS的膠質瘢痕。在大鼠SCI模型中,將軟骨素酶直接注入SCI處后,能同時促進感覺與運動神經(jīng)再生,并伴隨功能的恢復。隨著對軸突生長抑制因子及其下游信號轉導機制認識的深入,通過在細胞外阻斷抑制因子及其受體或調節(jié)抑制因子在細胞內信號傳導的手段,有望能夠中和生長抑制因子的作用,改善CNS中的抑制性環(huán)境,進一步促進軸突再生和脊髓功能的恢復。殘留功能的測定絕大多數(shù)SCI為不完全橫斷性損傷,康復治療的目的是挖掘其自身潛力,最大限度地利用殘存功能,提高患者的生存質量?；謴驼玖⒓靶凶吖δ?、減少并發(fā)癥是臨床康復治療的重要內容。一、t4以下截暴患者的步行功能以往,胸段和胸段以上SCI后的完全性截癱患者大多數(shù)終生依靠輪椅活動,只有L1以下的完全性截癱患者經(jīng)過訓練才有獲得站立及實用性步行的可能。站立及行走功能的喪失使截癱患者難以參與社會活動,影響骨骼肌肉與心肺功能,同時造成嚴重的心理損害。近年來由于康復工程、康復器械特別是步行矯形器的發(fā)展與進步,使T4以下的截癱患者能站立起來,具有實用性步行功能,可參與社會活動。步行矯形器由兩部分組成:①膝踝足矯形器,用于支持雙下肢,為站立提供保證;②互動式鉸鏈裝置,連接雙側膝踝足矯形器,幫助雙下肢交替移動,是步行矯形器的關鍵部分。步行矯形器是利用鐘擺原理工作的,在互動式鉸鏈裝置的幫助下,當患者重心轉移時,實現(xiàn)癱瘓肢體的被動移動,并防止行走時雙下肢纏在一起,坐下時事先打開兩側膝關節(jié)鎖,使膝關節(jié)屈曲,完成從站立位到坐位的過渡,位于患者雙腿之間的互動式鉸鏈可以通過一個按鈕很容易將雙腿分開,便于單肢動作。脊柱的穩(wěn)定性是應用步行矯形器的關鍵。創(chuàng)傷后脊柱的穩(wěn)定性被破壞,需要外科固定和復位。使用步行矯形器時,必要時需加用外固定。應用矯形器站立和行走,可以預防肌肉萎縮、減少廢用性的骨質疏松、改善膀胱功能、預防壓瘡和深靜脈血栓形成及增強心肺功能,有助于患者參與社會生活,達到回歸社會的康復目的。二、神經(jīng)電刺激神經(jīng)假體是一類幫助神經(jīng)損傷后恢復功能的高科技電子裝置,通過人工電刺激代替損傷的神經(jīng)控制其靶器官的功能。神經(jīng)假體分為體內植入部分和體外控制盒兩部分。體內植入部分包括電極、導線和皮下接收-刺激器。體外控制盒內部結構十分復雜,相當于一個微型電腦。體內部分通過電磁感應由體外部分提供參數(shù)指令。植入神經(jīng)假體要求被刺激的肌肉必須有下運動神經(jīng)元支配,即雖然失去了大腦的意識控制,但其脊髓聯(lián)系完整,電沖動可沿神經(jīng)軸突傳導引起神經(jīng)遞質的釋放,引發(fā)其支配的肌肉收縮。SCI后膀胱功能障礙常引起嚴重的尿潴留和尿路感染,甚至發(fā)生腎功能衰竭,成為截癱患者最主要的死因。這類患者通過植入排泄神經(jīng)假體,即在硬膜外骶神經(jīng)根安放電極,給膀胱收縮制造一個人工控制中樞,可獲得電刺激控制下的排尿、排便和陰莖勃起功能。截癱患者下肢肌肉與大腦失去了通路聯(lián)系,通過植入運動神經(jīng)假體用人工電刺激的方法來代替大腦發(fā)出神經(jīng)沖動,起到控制肌肉活動的目的;還能夠使截癱患者在微型計算機的控制下,通過功能性電刺激使癱瘓肢體產(chǎn)生肌力,實現(xiàn)站立、坐下、邁步等基本功能運動。經(jīng)生物力學測試,大多數(shù)患者站立時下肢可承擔體重的90%左右,僅需一側上肢完成輔助平衡的作用,半數(shù)患者可利用植入的運動神經(jīng)假體進行簡單的搖擺式行走,完成室內身體轉移。自然因素和環(huán)境對神經(jīng)再生的治療SCI后通過神經(jīng)的可塑性,即殘留神經(jīng)元軸突殘端出芽或殘留軸突側支出芽的形式,重建部分神經(jīng)回路,可使脊髓功能有所恢復。實現(xiàn)脊髓功能實質性恢復并不象最初人們想象的那樣,需要大量軸突長距離再生,并與靶組織形成精確的點對點聯(lián)系。大量研究表明,在CNS的許多區(qū)域,只要有10%左