在这里,我们研究了功能性职业治疗联合辅助主动或被动运动对右半球损伤患者上肢功能的影响,并探讨了功能性近红外光谱对脑功能重塑的影响。
通过分析功能性近红外光谱 (fNIRS),探讨功能性职业治疗 (FOT) 联合不同类型运动对右半球损伤 (RHD) 患者上肢运动功能恢复和脑功能重塑的影响。招募北京博爱医院的 RHD 患者 (n = 32) 并随机分配接受 FOT 联合被动运动 (N=16) 或 FOT 联合辅助主动运动 (N=16)。被动运动组 (FOT-PM) 每次接受 20 min 功能性职业治疗和 10 min 被动运动,辅助主动运动组 (FOT-AAM) 接受 20 min 功能性职业治疗和 10 min 辅助主动运动。两组均接受常规药物治疗和其他康复治疗。治疗每天进行一次,每周 5 次,持续 4 周。治疗前后使用 Fugl-Meyer 评估上肢 (FMA-UE) 和改良 Barthel 指数 (MBI) 评估运动功能和日常生活活动 (ADL) 的恢复情况,并用 fNIRS 分析双侧运动区的脑激活。研究结果表明,FOT 联合 AAM 在改善 RHD 患者上肢和手指的运动功能、提高日常生活活动能力以及促进运动区脑功能重塑方面比 FOT 联合 PM 更有效。
大脑半球损伤可导致对侧肢体的感觉和运动功能障碍 1,2,3,对患者的运动控制、活动和功能学习产生不同程度的负面影响4,从而给家庭和社会带来沉重的负担5。对于右半球损伤 (RHD) 患者,恢复速度不尽如人意。然而,在大多数 RHD 病例中,受影响的左肢位于身体的非优势侧,没有得到患者和护理人员的充分关注。鉴于上肢和手功能障碍严重影响日常活动能力和生活质量,需要一种更合适的方法来改善 RHD 患者上肢功能的康复效果 6,7,8,9,10。
运动疗法是帮助患者恢复肢体功能的重要方法。对于脑损伤患者的早期康复,通常采用被动运动 (PM) 和辅助主动运动 (AAM) 训练方法。AAM 需要通过自身肌肉力量和外部帮助的结合来完成特定关节的活动11。关键是患者积极参与辅助康复。人脑的激活准备可以帮助刺激和整合运动系统到运动控制的循环中。许多研究表明,AAM 可以诱导神经可塑性变化,从而导致患者功能恢复增加12,13。
功能性近红外光谱 (fNIRS) 是一种基于光学原理的成像技术。根据组织中光衰减与光吸收物质浓度不同的相关性,fNIRS 可以定量分析脑组织中含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化,从而监测大脑皮层的功能活动14。许多研究表明,fNIRS 是监测大脑半球损伤后脑氧合和能量代谢的重要手段 15,16,17。因此,fNIRS 可能是研究脑半球损伤后与上肢运动功能恢复相关的大脑皮层变化的合适监测方法。
不同感觉输入方法产生的运动信号和感觉皮层的调整状态是不同的18,19。被动和主动运动产生的感官刺激与感知的稳定性和构建对环境的准确表征的能力密切相关,从而指导一个人的行为20。本研究旨在通过分析 fNIRS 数据,探讨不同运动方式对脑半球损伤患者早期上肢康复和脑激活的影响,为未来患者的综合康复提供科学策略。
本研究的目的是探讨 FOT 联合不同类型运动对 RHD 患者上肢功能和大脑重塑的影响。我们假设 FOT-AAM 在改善 RHD 患者的上肢功能和大脑激活方面比 FOT-PM 更有效。
本研究利用近红外光谱技术,探讨了不同运动模式下 FOT 联合上肢功能训练对 RHD 患者早期康复的影响。FOT 帮助患者被动地移动僵硬的上肢,以促进后续的训练。关键是健康的手会引导患手执行有目的、重要和实用的功能任务,使用现实生活中的物体,并尽可能多地模拟真实场景28。这可以激发患者对治疗的热情,并最大限度地发挥患者的主动运动。AAM 最关键的一点是患者的运动是由未受影响的肢体和手驱动的,而患肢和手会自发地主动尝试,这是区别于被动运动的最重要特征。康复设备为患者提供实时视觉和触觉反馈,并在康复训练中完成中枢神经系统和外围之间的闭环29。
康复任务的训练不涉及复杂的技术,但在评估 fNIRS 患者时需要考虑许多注意事项。为了确保良好的 fNIRS 信号并防止运动伪影干扰测试结果,我们通常会在受试者前面的桌子上放置一个头部支架。我们调整桌子的高度,使拍摄对象的下巴靠在头枕上而不会引起不适。这有助于减少运动过程中的头部摇晃。此外,头皮上的皮肤油脂会影响光信号;因此,我们在实验前用吸油纸擦去患者头部的油脂,以确保信号质量。根据以往的经验,我们还发现,减少自然光和声音的影响可以提高 fNIRS 信号的收集;因此,我们在黑暗和安静的环境中收集所有数据30.
既往研究表明,MT 可以有效改善中风后手指的灵活性 31,尤其是对于亚急性患者的上肢康复32,因此在脑半球损伤后恢复运动功能和提高日常活动能力方面显示出巨大的前景 33,34,35,36.当患者移动他们未受影响的手臂时,由镜子形成的视错觉被患者认为是他们受影响的手的运动,这增加了他们的视觉和体感皮层区域的活动,从而增强了患者的注意力并减少了单侧忽视的可能性37,38。这样,患者可以有意识地选择更频繁地使用受影响的肢体39。在传统 MT 的基础上,我们通过 AAM 设备直接向患肢提供体感刺激和视觉反馈,减少了患手本体感觉和视力不同步引起的不愉快感觉40,从而显示出比传统 MT 更广泛的治疗潜力。我们的培训设备具有简单的操作程序和强大的安全性,可选择通过单击关闭按钮立即停止培训,以避免在测试期间可能发生的紧急情况。此外,一些研究表明,MT 可以通过调节 M1 的兴奋性来促进卒中后半球平衡的正常化。在后续研究中,我们将使用 fNIRS 评估大脑皮层的静息态功能连接,以进一步验证 RHD 患者治疗后大脑半球的变化41。
这项研究有几个局限性。首先,为近红外光谱测试选择的任务范式是被动的,而大脑激活可能更多地发生在主动运动中。因此,主动尝试的任务范式可能比被动移动更合适。其次,我们只监测了 M1 区域,但 MT 还增加了涉及注意力分配和认知控制区域的神经活动,这可以通过增加运动控制中的认知作用来促进运动功能的恢复42;因此,可能还需要监测前额叶血流动力学。此外,由于住院患者的治疗计划数量众多,每天仅进行 10 分钟的手部康复训练。今后应延长训练时间,以更好地探索康复效果。需要后续研究来观察这种培训的长期效果。未来,大样本多中心研究有望为早期 RHD 患者提供最合适的康复策略。
The authors have nothing to disclose.
本研究得到了中央公益性科研院所基本科研业务费(2019CZ-11)和中国康复研究中心项目(编号:2021ZX-Q5)的支持。
Hand Active Passive Rehabilitation Trainer | Soft Robot Technology Co., Ltd. | H1000 | FOT-AAM group training/FOT-PM group training |
Near-Infrared Brain Functional Imaging System | Shimadzu (China) Co.,Ltd. | LIGHTNIRS | Assessment |