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BIOFEEDBACK

生物反馈

 

Translated by Li Quan, Changhai Hospital, Shanghai, China

Sponsor: Institute of Spinal Cord Injury, Iceland

 

 

BRUCKER METHOD

1) Introduction

2) How It Works

3) Biofeedback for SCI

4) Questions and Answers

5) Conclusion

INTENTION CONTROLLED MYOFEEDBACK (IMF)

生物反馈

生物反馈是一种用来增强意识与身体之间控制的精细训练技术。该技术利用电极感受肌肉的神经信号, 然后向患者提供外部的声音或者影像作为反馈, 从而提供一种辨别、强化和利用这些信号的方法。通过这一技术, 生物反馈能够使受试者了解他们应该在什么时候让身体做出反应例如神经信号的强度、体温、血压或者心率。这一信息可以被用来教患者更好地控制身体。

传统医学最初抱着怀疑的眼光来看待生物反馈。然而,反复的研究证实当患者接受了自身的反馈信息之后, 自主的和非自主的反应都能够出现变化。治疗以后, 即使没有视觉和听觉的反馈, 患者也可以保持这些新学会的能力。

1969, 首次利用生物反馈的方法使用声- 视信息来训练受试者改变血压、心率、肌张力和清醒程度。O. Hobart Mowrer 1939 年最先开始利用仪器来控制身体功能, 他使用可以被小便触发的警报来放置儿童尿床。生物反馈在 60 年代末首次受到公众的关注, 当时它被瑜珈练习者用来自我控制。

生物反馈已经被用来治疗偏头痛、紧张性头痛、慢性疼痛、消化系统紊乱、尿失禁、高血压、心律失常、多动症、雷诺氏病、癫痫、脊髓损伤、脑中风、脑部外伤、脑瘫及多种运动障碍疾病。

1) BRUCKER 方法

Dr. Bernard Brucker 是迈阿密医学院生物反馈实验室的创建者和主任, 他发明了一种利用精确的技术来帮助神经损伤的患者恢复功能的生物反馈方法。Brucker 生物反馈训练法利用肌电图 (EMG) 来感测运动电位 (神经冲动或者信号), 其精确度和灵敏度都要远远高于使用者自身。肌电图疗法可以测定患者肌肉的生物电, 这间接体现了脊髓和大脑的功能。

在进行生物反馈治疗的时候, 患者被要求进行有意识的活动。利用计算机屏幕上的动态曲线, EMG 可以提供支配肌肉的神经信号的视觉反馈。受试者可能需要反复尝试寻找一条可以将信号传导至肌肉的神经通路。但是即使这样, 患者也不可能感受到这种微弱的信号。

一旦寻找到了神经通路, 治疗者会鼓励受试者尝试使 EMG 的曲线增幅。这只有在到达肌肉的神经信号强度增加的情况下才有可能出现。然而, 由于受试者可能感受不到信号, 或者信号的变化过于微弱而无法感知, 因此需要动态图线来帮助操作者进行学习。

因此, 视觉反馈教受试者如何产生、保持和控制 EMG 的反应, 以尽可能地改善肌肉的功能。这种信息联合条件反射技术和康复, 可以帮助受试者对肌肉进行再训练。在某一期间获得的控制水平是下一个的起点。

生物反馈在 SCI 的应用: 针对 SCI 患者, Brucker 生物反馈疗法使用 Neuroeducator 3肌电图 (EMG) 生物反馈系统, 这使治疗师可以辨别 SCI 后残留的或是缓慢修复的大脑和身体之间的精细联系。这一信息可以使治疗师设计针对改善随意肌控制的个体化的训练计划。

Brucker 技术是唯一被专门设计成旨在增强神经损伤和疾病患者的神经状态和功能的生物反馈疗法。与其他用于放松或者控制血压心率的普通生物反馈疗法不同, SCI 患者的生物反馈要求敏感的设备来感测可能仅有正常强度 1% 的神经信号。此外, SCI 生物反馈治疗师还应该知道各个肌肉的功能是什么、使某一块肌肉发挥功能所需的信号强度和帮助受试者寻找发展信号的技术。

SCI 患者在接受生物反馈训练之后已经重新获得了相当一部分的功能。那些被认为无法行走或者无法使用手的患者重新获得了行走和进食的能力。通过练习, 恢复的功能变得越来越熟练。不过, 还要一定的身体条件才能通过生物反馈训练获得运动功能的改善:

1. 大脑和需要收缩的肌肉 (或者肌群) 之间必须要有神经连接。这种连接可能在刚刚出现 SCI 时残留下来, 或者脊髓再生所形成。

2. 患者必须要有清醒的意识。

3. 肌肉萎缩或者挛缩不因当达到不可逆的程度。可能需要电刺激疗法来增强或者重建萎缩的组织, 以便其能够从生物反馈中获得足够的效果。

4. 生物反馈可以被用来监测任何外部设备能够感测和放大再现的神经信号。虽然生物反馈可以被用来改善手和脚的功能, 但是手指和脚趾的肌肉会因为太小无法安放电极而不能接受治疗。

对于生物反馈的潜力和限制的了解揭示了肌张力、柔韧性和骨密度的重要性。上面的这些要求不光针对生物反馈训练, SCI 患者在接受修复和再生脊髓的疗法时也是需要这些的。

脊髓损伤之后通过脊髓的神经通路的来源有多种, 例如残留的通路、替代的通路、损伤之后随着时间自发修复的通路、随着时间自发建立的通路和手术重建的通路。

脊髓损伤导致脊髓神经连接完全丧失的情况非常罕见。SCI 的完全性分类 (相对于不完全损伤) 是对神经表现的一种功能性描述, 并不代表脊髓本身的实际物理情况。大脑和损伤水平以下的肌肉之间的神经连接往往能够幸存, 但是通过这些通路的信号非常微弱, 以至于患者本人在接受神经查体或者移动肢体时无法感觉到。

除了 Brucker 对生物反馈临床作用的观察以外, 经颅磁刺激的研究也提供了支持的证据。 Dr. G.A. Delaney和同事 (加拿大) 发现长期 SCI 患者的损伤部位有残留的神经纤维通过, 在广泛的功能丧失的部位的下行运动通路中的维持了轴突的完整性。

与大脑类似, 脊髓中也有休眠的部分。可能有好几种神经通路连接大脑和身体上特定的部位。但是我们的大脑认为某种特定的用途只能有一条通路, 并始终重复使用这一条通路。Brucker 将其比喻成家和工作场所之间的一条最喜欢的路线。如果封闭了这条路, 我们还是能够回家这依赖于我们能否找到并学会使用另外一条通路。

随着时间的过去, 脱髓鞘的神经纤维可能会自发产生修复, 或者损伤的脊髓中被破坏的神经纤维也可能找到和重新建立连接。神经纤维的再生长的限制因素包括神经胶质增生程度 (急性 SCI 中神经胶质瘢痕的形成) 和脊髓细胞外基质中抑制分子的比例。

最后, 医学界已经开始试验用于使损伤的脊髓修复或再生的方法。大脑可能会觉得很难定位和利用新建立或者修复的神经连接。针对这些, 生物反馈可以作为一种方法来定位、改善和使用这些连接。

SCI 的生物反馈: 问与答

1) 生物反馈是如何工作的? 生物反馈并不直接改变患者的状态。与学习骑自行车一样, 生物反馈教会使用者通过练习来感觉和使用潜在的能力。例如, 很难向其他人说清楚骑车时的平衡方法。他们需要自己去感受, 一旦感受到并学会了如何控制, 这种技能便会伴随一辈子。 

在练习中, 针对 SCI 的生物反馈疗法使用外部的电极来感测在患者试图活动时肌肉上的微弱神经信号。电极将这一信息传递到可以再现并增强神经信号的设备中, 设备会将这种信号通过视觉和听觉的方式显示出来。Brucker 通常使用能够随着信号强度而改变的线图来做为显示。

受试者被要求收缩监测中的肌肉。EMG 系统能够感受和再现受试者本人感觉不到的神经信号。一旦发现了信号,受试者便会被要求将注意力从肢体上转移到线图上来, 并努力使线图增长。如果使用声音, 他们会被要求努力使声音发出或者不发出。例如, 在缓解痉挛状态的时候, 受试者便会被要求尽量不要使声音出现, 这将有助于控制痉挛的信号。在增加活动的信号的训练中, 受试者便需要努力使声音出现。

随着反复的尝试、错误和重复, 受试者会不断发现产生期望结果的有效通路。一旦通路被找出和使用, 大脑便会记住其位置和利用的方法。前一次治疗期间所获得的改善可以成为下一次治疗的基石。

2)  治疗师要经过多长时间才会知道是否会有改善? 接受过生物反馈训练的治疗师可以在第一次治疗的时候便告诉你在所测试的肌肉中是否存在神经连接。功能改善的可能性大小依赖于到达肌肉的运动信号的强度。例如, 四头肌要求神经信号达到正常值的 14% 以上才能够触发随意收缩。如果在接受治疗前只有 10% 的信号到达肌肉, 那根据以往的经验, 患者大约会在第 1 次或第 2 次治疗期间使神经信号到达活动的阈值。如果开始时候的信号较低, 可能会需要更多次的治疗, 最终还是达到肌肉功能的阈值。如果测量不到任何信号,或者信号没有任何改善, 肌肉的功能阈值便很可能无法超越。一项有 100 名上肢功能受限的 SCI 患者的临床研究结果报告如下:

在接受一次生物反馈治疗之后, 肱三头肌的 EMG 活动出现了明显的增加; 随着生物反馈治疗的继续, EMG 的活性也得到了进一步增强。开始时的肌肉力量和 EMG 水平不会决定生物反馈的效果。结果显示生物反馈可以有效地增加长期脊髓损伤患者的随意 EMG 反应。

3) 损伤水平或者神经的完整性是否会影响效果? 生物反馈疗法可以改善所有损伤水平和所有完整性的 SCI 患者的功能。此外, MRI 由于不能测量神经的传导性, 所以也就无法精确地预测生物反馈治疗的效果。被认为完全性损伤的患者也能够通过生物反馈获得实在的改善。而其他轻到中度不完全损伤的 SCI 也可能只有些微的改善。根据 Brucker 的观点,生物反馈疗法很少会不产生任何有益的影响。

4) 伤后时间的长短会影响治疗效果吗? 生物反馈对于 SCI 的治疗会受到伤后时间长短的影响。对于伤后时间很短的患者, 只要给予足够的时间让神经修复或者重建, 便会有相当一部分待用的连接可供发现和使用。另一方面, 伤后时间如果过长, 可能会导致肌肉萎缩、挛缩和骨密度降低; 这些都会对生物反馈的效果产生不利的影响。例如, 如果肌腱过于挛缩, 肌肉便可能无法对生物反馈确定并强化的信号做出反应。

5) SCI 患者最常见的改善可以达到什么程度? Brucker 估计 98% 的接受治疗的 SCI 患者可以改善至少一个椎节的功能; 因此颈椎 C7 损伤的患者可能下降到 T1 损伤的水平。95% 的患者可以改善 2 个椎节的功能水平, 85% 下降 3 个椎节。进一步的改善就难以预测了。不过, 损伤水平以下的神经所控制的功能也可能受生物反馈的影响而得到改善。

根据不同的肌肉得到恢复和强化, 使用轮椅的患者甚至有可能站立和行走。站立需要特定的肌肉 (四头肌), 行走则还需要其他的动作 (屈髋) 的配合。然而, 如果佩戴某些支具或者已经适应的步态模式下, 即使无法控制股四头肌或者屈髋, 也能构站立和行走。这对腓肠肌、足、踝或者上肢肌肉也同样有效。换句话来说, 接受过生物反馈训练的治疗师会尽可能恢复患者的功能。但是如果仅有部分运动功能得到了改善, 肢体的功能也会得到增进。

6) SCI 患者的一次标准治疗需要多长时间? 一个小时。

7) 生物反馈对 SCI 患者的大小便、呼吸、痉挛或者疼痛等问题有效吗? 生物反馈对于尿失禁、大便控制、呼吸和痉挛可以有所帮助。但其对治疗 SCI 相关的慢性疼痛无效。肌张力改善和腹部肌肉的控制可以间接改善控制大小便的能力。通常当自主运动信号的强度增加后痉挛也会获得缓解。原先依赖呼吸机的患者能够改善肋间肌的功能, 这可以辅助上胸腔进行收缩呼吸 (与腹式呼吸相反), 从而帮助患者脱离呼吸机。

8) 为了获得最大的效果需要进行多少个疗程? 通常建议 SCI 患者接受 15 个疗程。

9) 生物反馈疗法的效果受什么因素影响) 大脑和肌肉之间控制响应功能的神经通路必须存在。联系二者的神经信号可能很微弱或者处于休眠状态。但是必须存在某一通路才能产生一定的效果。受控制的肌肉也要能够对神经信号做出反应。不论神经连接是否存在或者是否被强化, 肌肉过于萎缩和肌腱挛缩都可以妨碍肢体的运动。

10) 生物反馈能否逆转肌肉萎缩? 如果生物反馈治疗能够恢复肌肉功能, 那肌肉体积便会得到改善。中到重度肌萎缩可能需要治疗性电刺激联合生物反馈治疗才能得到改善。然而, 生物反馈评估可以发现萎缩的肌肉内是否存在神经信号, 一旦肌肉获得了重建功能便可能得到改善。

11) 进行生物反馈治疗的患者是否能够进行额外的康复训练? 生物反馈与其他形式的康复训练结合起来会更加有效。出于上面提到的原因, 建议选择生物反馈的患者可以尝试柔韧性、骨密度和肌肉体积方面的训练。如果生物反馈疗法能够成功寻找并增强神经通路, 康复治疗可以进一步优化其功能。

12) 接下来的治疗效果是否会停滞不前? 当治疗效果达到平台期以后, 继续进行生物反馈治疗并不会继续产生效果。然而因为损伤的脊髓会随着时间缓慢进行神经修复, 所以定期进行生物反馈治疗可能会发现新的功能。

13) 生物反馈有没有联合过其他康复方式或者治疗措施? 生物反馈曾经成功地与标准物理康复训练以及治疗性电刺激联合使用, 后者常被用来维持和恢复肌肉体积。因为生物反馈提供了一种寻找新的神经连接和对患者进行功能训练的有效手段, 所以它可以协同增强其他的治疗措施的效果。

14) 生物反馈对 SCI 患者失去的诸多功能都有效吗? 生物反馈对 SCI 患者的感觉缺失无能为力, 而且也无法缓解由于脊髓损伤导致的慢性疼痛。

15) 生物反馈的禁忌症是什么? 因为生物反馈治疗对身体不产生任何影响, 因此几乎没有绝对的禁忌症。然而由于最终的功能改善需要机体付出积极的努力, 因此对生物反馈有兴趣的患者最好能够自主呼吸。

16) 在哪里可以接受 Brucker 生物反馈法的治疗? 目前在美国、欧洲、中东、中美洲、南美洲和亚洲的许多地方都可以进行这种治疗。

结论: Brucker 强调即使受伤后已经过去了很长时间, 许多由于中枢神经系统 (CNS) 的损伤面临着永久残疾的患者也还具有恢复更多功能的可能。如果能够适当而又充分地应用在 CNS 方面, 生物反馈技术在恢复功能方面的能力可能会非常强大。

除了改善 SCI 患者的生活以外, Brucker 还相信生物反馈是一种能够使修复的神经发挥最大功能的有价值的方法不论这些修复是自然发生还是治疗的结果。他强调: 最近对神经和行为科学的研究表明中枢神经系统的细胞在损伤以后, 仍然具有轴突修复和髓鞘再生的潜力, 这一过程可能在损伤后要持续数年时间。目前也知道中枢神经在修复的时候也会再生出树突和轴突。通常认为神经修复后相关的功能便会自动出现, 因此需要尽可能发掘神经的这一潜力, 在神经水平的技术训练尤其重要。高级生物反馈是充分发掘这一潜力的最合适的方法。

2) 意识控制的肌肉反馈

德国科学家 Dr. Ulrich Schmidt 发明了 IMF 疗法, 这种疗法已经被许多临床中心用于治疗包括 SCI 在内的多种神经疾病。多数脊髓损伤的病例中仍然还会有一些完整的处于休眠状态的神经通过损伤的部位, IMF 和其他生物反馈疗法一样, 也是建立在这一已经被科学证实的事实基础之上。通过适当的康复计划和神经系统内在 的可塑性 (即适应性) 的调整, 这些残存的神经元会成为新的功能性神经网络、通路和联系的基础。

在损伤部位以下的肌肉中可以记录到由大脑意识所产生的使那些肌肉收缩的神经信号。IMF 设备可以放大这些微弱的脉冲, 然后将这些放大后的信号再传回肌肉。经过训练, 这一过程可以建立新的功能网络, 进而控制随意肌的收缩和力量。与被动的 FES 肌肉刺激 (如前所述) 不同, 患者的意识才是功能的驱动力。

在第六届欧洲创伤会议上, Schmidt 和同事报告了关于 IMF 治疗截瘫患者的结果:

伤后时间从 1 个月到 43 年不等的 19 名截瘫患者接受了 IMF 治疗, 其目标是使身体更加稳定。经过 1 个月的治疗 18 名患者的本体感受反馈得到了好转, 仅有 1 名患者没有变化。2 个月后 11 名患者 (60%) 能够加强随意肌的活动。3 个月后 3 名患者 (15%) 能够站立并持拐或助行器行走其中有 1 名是已经受伤 43 年的患者。

 

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