脑卒中后运动功能恢复中皮质脊髓束作用的研究现状

朱琳

卒中后运动恢复的机制包括通过从受损运动皮层到受影响肢体运动通路的恢复、病灶的重组以及受损的皮质脊髓束(corticospinal tract,CST)和辅助运动区(supplementary motor area,SMA)[1]的恢复。这些机制可以重新分为两类：①通过CST的运动功能恢复；②不通过CST的运动功能恢复。CST是一条主要的神经通路，这条通路是经过长期进化获得的[2]。CST的保留或恢复对脑卒中患者运动功能障碍的良好恢复很重要[3]。因此，阐明CST的功能是脑卒中康复最重要的关注点。即使是在正常人的大脑中，CST的作用也尚未真正清楚。本文回顾相关文献，阐述脑卒中患者运动功能恢复中CST所起的作用。

1 在正常人脑中CST的作用

CST可以分为两种。较大的CST在延髓锥体下端，绝大部分纤维(70%～90%)相互交叉形成锥体交叉。交叉后的纤维形成皮质脊髓侧束，皮质脊髓侧束的纤维在下行过程中陆续终止于同侧脊髓各节的前角运动细胞[3]。另一种CST是在延髓内没有交叉的纤维形成皮质脊髓前束，其纤维终止于对侧的前角运动细胞。以往研究表明，在运动系统的进化过程中，CST对于哺乳动物是唯一的，它的发展与获得运动技能的灵巧性有关。其他研究已经证明，皮质脊髓侧束完全损伤后，脑卒中患者手精细动作的活动无法开展[4]。皮质脊髓侧束的主要功能是用于远端肌肉精细动作的控制。另一方面研究显示，CST的皮质脊髓前束主要支配近端肌肉，如颈部、躯干和上肢近端的肌肉组织[2]。

2 CST的评价方法

对CST状态的准确评价是研究CST在卒中后运动功能恢复中的作用所必须的。最常用的评估方法包括经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)、脑功能成像、弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)和弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography,DTT)。其中脑功能成像包括功能性磁共振成像(f MRI)和正电子发射断层扫描(PET)。

TMS可以刺激CST的神经元或刺激起源于运动皮层的CST神经元之间的轴突。TMS具有独特的优势，因为它可以通过分析运动诱发电位的特征区分CST和非CST。TMS也有局限性，在脑卒中早期阶段，由于过高的阈值或恢复阶段突触聚集的通路，导致空间分辨率差和获得假阴性结果[5]。

fMRI的原理是检测血流量的变化，在运动任务的表现中观察神经元的活动变化。fMRI能够准确识别皮层活动的位置，在皮层有良好的空间分辨率，可以用于区别初级运动皮层的体感皮质定位。然而，fMRI对于运动功能差的患者还很有限，卒中后运动功能的降低使患者不能完成f MRI所要求的运动任务，这可能会导致信息的偏差[1]。而且它不能在皮层下水平获得更多的信息，不能区分相关活动运动通路的特征[6]。

DTI与DTT是最近兴起的技术，可以评价完整的白质，这些技术有能力进行完整的评价是因为它们有可视化水扩散的特性。在正常的白质中，水分子平行于神经纤维束方向移动是相对自由的。然而，当大脑半球大面积受损时，会造成脑白质各向弥散。各向异性已被用于评估白质损伤后的纤维坏死程度，如那些CST损伤的疾病。因此，DTI使我们能够统计评估CST的状态或变化。另一方面，f MRI和TMS不能直接可视化CST，但DTT能够可视化皮层下三维完整的CST架构。同时，DTT对于显示CST的有效性和可靠性在以前的研究中已被证实[7]。然而，这种纤维跟踪技术依赖于操作者的技术，而且不能辨别到达皮质水平的体感皮质定位。

评价CST的每一个方法都有各自的优点，把各种方法联合起来应用可以补偿某一种评价方法的局限性，进行更精确的估算，并取得更准确的信息[8]。将这三种评估方法联合应用对于研究CST的作用是一个重要的工具。综上所述，CST的评估最为理想的评价方法是能够：①获得信息的完整性和CST的追踪，以及在皮层下水平使用DTI与DTT定量CST；②使用fMRI获得关于皮层水平CST起源的信息；③使用TMS的运动诱发电位获取运动通路特点的信息。

3 脑卒中运动恢复中CST起的作用

本文回顾关于CST在脑卒中患者运动功能恢复中作用的相关文献，体现在以下几个方面：CST损伤后的恢复、病灶周边在皮层下水平的重组、病灶在皮层水平的重组、通过从受影响的半球到受影响的肢体同侧运动通路的恢复以及运动恢复。

3.1 皮质脊髓侧束损伤的恢复

运动恢复的后续研究可以阐明脑卒中患者运动功能的恢复机制。许多TMS和fMRI研究报道，受影响的初级感觉皮层活动的增加与脑卒中患者上肢运动功能恢复[9]和下肢运动功能恢复有关。这些结果表明，卒中后的运动功能恢复和损伤CST的恢复有关[10]。然而，这些不能直接描述损伤的CST的变化，因为TMS和f MRI有它的局限性。

一项关于DTI的研究使我们能够计算和可视化损伤的CST在皮层下水平的恢复。2005年，Jang等研究1例脑出血患者在运动功能恢复的同时，在放射冠上描述部分损伤CST的恢复是以DTI上部分各向异性指数(FA值)的改变和DTT上完整性的变化为依据的[7]。FA值是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，它的变化范围为0～1。0代表弥散不受限制，比如脑脊液的FA值接近0；对于非常规则的具有方向性的组织，其FA值大于0，例如大脑白质纤维FA值接近1。2007年，Jang等又联合应用DTT、TMS和fMRI描述1例脑出血患者卒中后16个月损伤CST的恢复过程，他认为CST最开始的损伤是通过从顶叶皮层到初级运动皮层正常化进程恢复的[11]。

3.2 皮层下水平的病灶功能重组

之前关于DTI与DTT技术的研究中，只有少数是对皮层下损伤患者开展的，因为以前普遍应用的大脑影像技术，如f MRI和TMS，无法可视化皮层下水平的运动传导[12]。Calautti等报道1例在放射冠梗死的患者，用f MRI只能显示辅助运动区(SMA)活动激活的这种改变，不能直接显示在这个患者中的CST通路恢复情况[13]。随着DTI和DTT技术的发展，在皮层下水平的恢复机制逐渐清晰。Jang等在2005年用DTT和f MRI显示患侧手的运动功能在部分梗死后放射冠的重组，在2007年用DTT又进行后续的研究。同样，在1例脑桥梗死的患者中，他们使用fMRI和DTT显示脑桥梗死后梗死灶周围CST的重组[4]。

3.3 皮层水平的病灶周围重组

fMRI的功能主要是用来显示皮层水平的病灶周围重组。在脑卒中患者患侧手的运动功能恢复中，已经有几个脑功能成像研究显示病灶周围的重组。Rossini等使用fMRI和TMS研究脑卒中患者损伤侧半球的感觉运动区的改变[14]。Stinear等描述1例仅限于中央前回小梗死的脑卒中患者，f MRI显示仅在中央后回的活动激活[15]。Jang等报道2例中央前回梗死的脑卒中患者，使用fMRI显示在初级感觉皮层的手的运动功能重组[10]。

Rouiller研究猴子运动皮层局灶性损伤，其中运动恢复可能的机制是对随后相邻的未受损皮层的保留，因为这对于偏瘫的手灵巧性的恢复非常关键[16]。其他临床研究已经证明，脑卒中患者已经通过损伤病灶周围的重组表现出良好的运动功能[12]。这种恢复机制可能是病灶周围CST的重建，因为CST功能的持久性对脑卒中患者良好的恢复很重要[17]。这可能是因为CST有几个比初级运动皮层更早期发生的区域。这些领域包括前运动皮层、顶叶皮层以及初级运动皮层中外侧的代表区。

3.4 同侧运动通路的恢复

同侧运动通路是一个正常的运动控制通路，并且被认为是脑损伤后运动功能恢复的机制。目前对于这个通路机制最接近真实的假说是失抑制。正常运动皮层是通过胼胝体的抑制来保持平衡的。但是，如果发生脑卒中，从患侧到健侧大脑半球之间胼胝体抑制的发生将减少。因此，在未损伤皮层潜在的可利用神经元数量的募集，抵消了病变引起的控制丧失。以前的研究在脑卒中患者中对同侧半球运动诱发电位观察发现，潜伏期比对侧运动诱发电位长，延迟5～14 ms。同侧运动通路的这些特点与运动功能减退有关[5]。考虑到这些结果，似乎这一通路并非起源于皮质脊髓侧束。同侧运动通路是否源于皮质脊髓前束或非CST仍然存在争议。

3.5 运动恢复

众所周知，皮质脊髓侧束的主要功能关系到手精细动作的活动[4]。然而，皮质脊髓侧束在行走中的作用是不确定的。因为一些研究认为，手的运动功能恢复机制与行走的恢复机制不一样[7]。这些研究表明，皮质脊髓侧束在灵长类动物和人类行走中没有发挥重要作用。相反，皮质脊髓侧束在调节行走的步行模式上和环境变化下行走的技巧性都有明显作用[18]。因此，皮质脊髓侧束对行走功能的恢复作用不大，但对行走技巧性的控制必不可少。然而，潜在运动通路的降低可以使网状脊髓束、前庭脊髓束和皮质脊髓前束在行走中发挥作用[19]。Ahn等最近的两项研究报道脑卒中患者在皮质脊髓侧束广泛遭到破坏后仍然可以步行[4]。f MRI和DTT的研究表明，1例脑出血偏瘫患者仅使用同侧运动通路就可以行走[4]。他们并没有弄清楚这条通路的的真正作用。Ahn等报道另一个DTT研究中，10例脑卒中偏瘫患者皮质脊髓侧束完全损伤患者也可以行走[4]。

本文回顾CST在卒中后运动功能恢复中所起的作用，CST是脑卒中患者恢复中最重要的运动控制通路。CST在脑卒中患者运动功能恢复中的作用没有得到很好的阐明，尤其是CST在运动恢复过程中与其他非CST途径之间互动的作用，以及同侧运动通路的起源和作用。因此，今后的研究应集中在这些问题。治疗策略和方式的制定，可以通过研究CST对优化患者恢复的作用来开展更多的研究。

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