学术前沿 | 脊髓电刺激(SCS)治疗癫痫文献速递

来自:学术前沿 日期:2024-07-19 09:23

1967年,硬膜外脊髓刺激(SCS)首次用于治疗慢性疼痛。随后的临床研究表明,SCS也可用于治疗心血管疾病、糖尿病足、意识障碍、运动障碍等疾病。


癫痫,长期以来一直是神经科学领域的重点研究课题。在过去的几十年中,已经有多种形式的神经电刺激应用于难治性癫痫患者,目前批准的方法包括迷走神经刺激(VNS)和脑深部电刺激(DBS),但仍有很多难治性癫痫患者无法从VNS或DBS中受益。


最近的研究表明,脊髓刺激(SCS)也可能减轻癫痫发作,本文梳理了近年来国内外关于脊髓电刺激治疗癫痫的相关研究,虽然其作用机制尚不完全清楚,但希望为临床带来有益的参考。


迷走神经和脊髓刺激对棘波癫痫大鼠发作期快速纹波活动的影响




研究方法

通过注射戊四唑在大鼠体内诱导并维持棘波(SW)放电。在持续的SW癫痫发作期间,SCS以30、80、130和180Hz进行,迷走神经刺激(VNS)以10、30、80、130和180Hz进行。快速纹波(FR)来自皮层内记录,FR率用于量化FR活性水平。



研究结果

FR率与总戊四唑剂量水平显著相关(r=0.81)。与无刺激间隔相比,在80、130和180Hz下进行的SCS分别显著降低了归一化FR率24%,38%和44%。同样,在30、80、130和180Hz下进行的VNS分别显著地将归一化FR率降低了23、40、61和65%。



研究结论

在目前的持续性SW癫痫发作模型中,FR率与SW癫痫发作的严重程度成正比。SCS和VNS都减弱了FR率,并且这种衰减在较高的刺激频率下始终最强。研究结果表明,SCS可能诱导一些与VNS相同的抗癫痫发作的作用。


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SCS和VNS对ECoG,IC和快速纹波(FR)活性的影响


脊髓刺激对癫痫发作的影响




研究方法

在9只大鼠中诱导棘波(SW)放电。在颈椎水平的椎管处放置一个硬膜外电极。SCS以四个频率(30、80、130和180Hz)递送刺激, 并与无刺激的对照组间隔进行比较。通过分析皮层脑电图和皮层内(IC)信号来评估效果。从皮层内记录中得出标准化尖波峰值功率(mSP)和频率(mSF)的平均值,并用于估计癫痫发作的严重程度。



研究结果

与对照组相比,在30Hz下进行的SCS显著增加了mSP和mSF,表明SW峰值活动增加;80Hz没有引起特征的显著变化。相比之下,130Hz和180Hz的SCS显著降低了mSP和mSF,这表明了SW峰值活性的降低。



研究结论

目前的研究结果表明,130Hz和180Hz的SCS降低了SWs的功率和频率,这可能表明这些SCS频率具有抗惊厥作用,而30Hz的SCS则具有相反的作用,因此可能具有促惊厥作用。


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ECoG和IC记录以及IC记录中增强的峰值活动



脊髓电刺激通过调节CCL2介导的炎症途径减少大鼠癫痫发作




研究方法

本研究采用系统性方法评估SCS(脊髓电刺激)在癫痫大鼠模型中的疗效及机制。通过不同频率SCS干预后,诱发癫痫发作并监测其频率,同时检查海马区胶质细胞活化、脑电图变化及炎症因子表达。研究旨在探索SCS减少癫痫发作、调控胶质细胞与炎症反应的分子机制。



研究结果

高频率(特别是300Hz)的SCS干预在癫痫大鼠模型中显著缩短了癫痫发作时间及控制时间,有效减少了脑电图(EEG)中的阵发性棘波次数,同时降低了海马区胶质细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞)的活化程度,并抑制了多数炎症相关因子的表达(如CCL2和TNF-α),尽管促炎细胞因子IL-1β水平有所上升,但总体上揭示了高频率SCS通过减少神经炎症和异常脑电活动来发挥潜在的抗癫痫作用。



研究结论

高频SCS在大鼠癫痫持续状态模型中表现出显著的治疗效应,这与先前的研究结果一致。研究团队认为,高频SCS通过抑制C-C基序趋化因子配体2(CCL2)来调节单核细胞迁移,进而抑制大脑中胶质细胞的激活,从而对癫痫发作产生抗癫痫效果。


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对大鼠进行了颈椎SCS手术后,分为不同频率(2Hz、50Hz和300Hz)的SCS干预组以及对照组



难治性癫痫脊髓刺激的最佳节段:

脊髓横断转基因小鼠的病毒介导的跨突触追踪研究




研究方法

我们通过使用伪狂犬病病毒(PRV)株PRV-614的转基因重组体的逆行追踪技术,在脊髓横断的转基因小鼠中表征了从左腓肠肌到上胸椎脊髓中间外侧细胞柱(IML)的投射,PRV-614在巨细胞病毒立即早期启动子的控制下表达新型单体红色荧光蛋白(mRFP1),用于在荧光显微镜下直接观察。.



研究结果

我们发现,将PRV-614注射到腓肠肌中会导致上胸段脊髓IML中神经元的逆行感染(图1D),这一发现与之前的免疫组织化学研究结果一致,该研究调查了通过跨神经元示踪剂PRV Bartha控制肾上腺的胸段脊髓IML,表明上胸段脊髓中存在直接的交感神经元回路。



研究结论

许多研究表明,快速眼动(REM)睡眠抑制了癫痫发作的发生。同时,REM睡眠的特征是伴随交感神经系统活动不足的姿势性肌肉无力,这表明癫痫发作与交感神经系统的活动密切相关。基于存在于上胸段脊髓而不是脊髓高颈段的直接交感神经元回路,推测难治性癫痫脊髓刺激的最佳节段可能是上胸段而不是高颈段。


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颈椎(C)和胸椎(T)水平的脊髓横截面图


参考文献

【1】 Jiao, J., Sevcencu, C., Jensen, W., Yang, X. and Harreby, K.R. (2016), The Influence of Vagus Nerve and Spinal Cord Stimulation on the Ictal Fast Ripple Activity in a Spike-and-Wave Rat Model of Seizures. Neuromodulation: Technology at the Neural Interface, 19: 292-298. https://doi.org/10.1111/ner.12395


【2】Jiao, J., Jensen, W., Harreby, K.R. and Sevcencu, C. (2016), The Effect of Spinal Cord Stimulation on Epileptic Seizures. Neuromodulation: Technology at the Neural Interface, 19: 154-160. https://doi.org/10.1111/ner.12362

【3】 Okazaki Y, Sasaki T, Hosomoto K, et al. Cervical spinal cord stimulation exerts anti-epileptic effects in a rat model of epileptic seizure through the suppression of CCL2-mediated cascades. Sci Rep. 2024 Jun 24;14(1):14543. doi: 10.1038/s41598-024-64972-y. PMID: 38914629; PMCID: PMC11196670

【4】The optimal segment for spinal cord stimulation in intractable epilepsy: A virally mediated transsynaptic tracing study in spinally transected transgenic mice Ye, Da-Wei et al. Epilepsy & Behavior, Volume 29, Issue 3, 599 - 601



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