rTMS 作用基础及其在脑卒中治疗中的
应用#
赵秀秀，张靖慧，韩肖华，黄晓琳**
基金项目：国家自然科学基金（81071601）；教育部博士点基金（20090142110013）
作者简介：赵秀秀，女，在读硕士，脑卒中的康复。
通信联系人：黄晓琳，女，教授. E-mail: xiaolinh2006@yahoo.com.cn
5 （华中科技大学同济医学院附属同济医院康复医学科，武汉 430030）
摘要：重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）作为一
种具有明显优势的新技术现已广泛用于脑卒中后康复治疗的研究。rTMS 作用效果受刺激线
圈﹑方向﹑强度﹑频率等多种因素影响，不同刺激参数可对皮层兴奋性产生兴奋或抑制作
用，进而使脑内部发生可塑性变化。rTMS 在脑卒中后运动功能障碍﹑空间忽略﹑吞咽困难
10 ﹑痉挛等的治疗中表现出积极作用，具有广阔的应用前景，但其具体机制尚不完全清楚，有
待进一步研究。
关键词：脑卒中；rTMS; 治疗
 0 引言
经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）于1985 年由Barker 发明，具有
30 无痛无创、安全可靠、易操作等优点，很快得到广泛应用。重复经颅磁刺激（repetitive
transcranial magnetic stimulation，rTMS）是1992 年在TMS 基础上发展起来的新的神经电生
理技术，利用电磁感应原理，通过脉冲磁场的变化，诱导大脑皮层产生可记录的感应电流，
在一定时间内持续影响刺激局部和功能相关的远隔皮层功能状态。近些年rTMS 应用于脑卒
中的研究逐渐增多，本文就常规rTMS(conventional rTMS)的影响因素、作用机制和在脑卒
35 中的应用进展做一综述。
1 重复经颅磁刺激
1.1 刺激变量
1.1.1 线圈
刺激线圈的形状决定磁场作用的中心，最常用的两种类型是“8”字线圈和圆形线圈，
 40 其中“8”字线圈能够产生部位更加局限的刺激，而圆形线圈却可以产生分布更加广泛的电
场。双锥形线圈由两个相邻夹角为95°的圆形部分组成。这种大线圈可以产生相对“8”字
线圈更强但又更局限的电场[1]。
1.1.2 刺激方向
一般理论认为当感应电场于皮层平行时兴奋作用最强。感应电流的平面与刺激线圈所在
45 平面平行，线圈一般与头皮相切放在被刺激者头部。电流的方向和电场的分布分别取决于磁
刺激仪输出脉冲的形状和线圈的几何结构。感应电流相对于神经解剖结构的方向非常重要
[2]。不同方向的感应电流可能兴奋相同神经结构的不同位置甚至不同的神经元细胞群。而要
使刺激发挥到最为有效的程度还需要知道相对于线圈目标神经元的结构[3]。
1.1.3 磁场强度和刺激深度
50 当前生产的磁刺激仪可以在线圈的表面产生1.5～2 Tesla (T) 的磁场强度，被认为可以
刺激头皮下1.5～2 cm 深的皮质神经元[4]。 虽然常规设备产生的经颅磁刺激穿透深度不超过
皮层，但是其可能通过突触的连接而影响距刺激部位一定距离的细胞，就像PET 检测到远
处皮层和皮层下部位的刺激作用。
1.1.4 刺激强度和频率
55 一般而言，大于110℅肌肉放松时MEP 阈值的刺激强度称为高强度rTMS 或阈上rTMS。
高频磁刺激指的是≥1HZ 的刺激频率，而低频则是﹤1HZ。
1.1.5 刺激节律
为了确保rTMS 使用的安全性，低频rTMS 一般是所有脉冲采用连续序列刺激的方式，
而高频（如≥5 HZ）则采用序列之间间隔一定时间的方式刺激。
60 1.2 重复经颅磁刺激的作用
单个TMS 脉冲可以使神经元一过性地去极化，但当这些脉冲被重复性应用（即rTMS）
时，依赖于不同的刺激参数，皮层兴奋性可以升高或降低。以一定频率进行多个序列的rTMS
能够产生皮层兴奋性、生理、代谢和行为上的持久改变。在不同脑区rTMS 可以在刺激结束
后引起神经可塑性变化持续数分钟或甚至几小时。
65 rTMS 长时程效应的机制并不完全清楚。（1）该机制有可能与长时程增强(long-term
potentiation)和长时程抑制(long-term depression)形式的突触可塑性相似[5]。(2)神经递质水
平的改变可能是一个原因，包括GABA 能网络的抑制性神经递质和谷氨酸网络的兴奋性神
经递质，后者可激活NMDA 受体。rTMS 可能使内源性神经递质（GABA 和Glutamate）和
神经调质（DA、NE、5-HT、Ach）表达发生改变[6]。这些神经调质在调节大脑皮层神经兴
70 奋性上起关键作用。(3)另外一种可能的机制是基因诱导。单脉冲的rTMS 使丘脑室旁核、额
叶皮层和扣带回区c-fos mRNA 表达增加[7]。时间更长的rTMS 治疗甚至可以引起顶叶皮层
c-fos mRNA 表达增加[8]而且使海马和顶叶皮层区BDNF mRNA 表达增加[9]。而且有研究指
出神经营养因子BDNF 可能在rTMS 产生神经可塑性变化中起作用[10]。
1.3 影响rTMS 作用的因素
75 一般而言，低频rTMS 可以使皮层兴奋性下降，而较高频rTMS 可使皮层兴奋性增加。
然而，应该指出的是，这只是不同个体平均化的结果。个体之间的不同和对同一个体刺激参
 数应用的不同都有可能影响到最终的效果[11-12]。
1.3.1 频率和强度
虽然频率在决定rTMS 引起兴奋性改变的方向上是最主要的影响因素，但是已经很清楚
80 的是频率与其它刺激参数相互影响共同起作用。一项研究中，高频6HZ（80％AMT）产生
了持续的抑制作用而不是易化作用。该研究指出，在决定rTMS 对兴奋性的作用方面，刺激
强度和频率一样重要[13]。一般说来，对刺激强度小于静息运动阈值（RMT）的低频和高频
rTMS，检测到明显的后效应需要延长序列持续时间。高频rTMS 尤其以阈上刺激强度可以
对皮质脊髓兴奋性产生易化后效应。一项研究指出以20HZ（150％ RMT， 10 个脉冲）的
85 rTMS 使刺激结束后MEP 振幅增加持续约3 分钟[12]；而15HZ（120％RMT，30 个脉冲）的
rTMS 使MEP 增加的波幅较小，仅持续90 秒[14]； 低频rTMS 以小于RMT 强度刺激产生的
作用比大于RMT 强度刺激产生的作用小[15]；以刺激强度90％RMT 或更低的刺激频率
（0.1HZ）则没有持续效应[16]。
1.3.2 rTMS 的持续时间
90 rTMS 的持续时间影响后效应的持续时间和深度，时间越长，对兴奋性的影响越大越持
久。有研究指出，如果一个序列的刺激数增加到20，在高强度刺激时，易化作用变得显著[17]。
有人认为产生抑制作用的阈值比产生易化作用的阈值低，而且前者的建立比后者快。短时间
序列的刺激倾向于产生一过性抑制，而较长时间序列的刺激可能产生易化，尤其当刺激强度
和频率较高时。对时间较短的刺激序列(﹤30)，刺激时长和强度变得像频率一样重要[17]。如
95 13 个脉冲的序列（20HZ，阈强度）刺激产生的是抑制作用而不是易化作用[18]。
1.3.3 刺激间歇
刺激间歇在大多数高频rTMS 用到，可以减少线圈发热。最近的一项研究指出在产生可
测的易化作用上刺激间歇比频率更重要，以致5HZ 的持续刺激产生的是抑制作用而不是易
化作用[19]。
100 1.3.4 磁刺激仪
不同厂家生产的刺激线圈特征不同，而且线圈大小﹑数目及形状的不同可以导致rTMS
效能的不同。因此，作比较时要考虑到磁刺激仪和线圈的特征。继NIH 的研究人员首次报
道1HZ 阈上rTMS 可以产生抑制作用后[20]，这种刺激方案不久后被其他实验室重复应用，
但是并没有发现预期的抑制作用[21-22]，这可能是因为虽然所有这些研究均采用双相脉冲但磁
105 刺激仪和线圈却生产自不同的厂家。
1.3.5 前期训练和刺激
预先的学习和训练可以影响随后PAS（paired associative stimulation）的作用[23]，虽然
在rTMS 方面的证据还欠缺。类似的，先前一个时期的磁刺激（被称为“priming”）可以调
节后续刺激所产生的兴奋性变化水平[24]。预先给予一个易化（抑制）刺激有助于后续刺激
110 方法产生抑制（易化）作用。如预先给予抑制性的阴极经颅直流电刺激（transcranial direct
current stimulation）使皮层兴奋性增加而不是抑制，而预先的兴奋性阳极经颅直流电刺激
使高频rTMS 产生了抑制作用[25]。
1.3.6 颅骨皮层距离（SCD）
随与线圈距离增加，感应电场迅速下降，因此颅骨皮层距离在决定刺激阈值上起重要作
 115 用[26]。SCD 表现出强烈的年龄依赖性，而且不同个体之间MEP 阈值差异的部分原因即在于
此[27]。而且，SCD 也被认为是对老年人rTMS 后临床作用效果减弱的部分原因[28]。
1.3.7 其它影响因素
有许多与个体相关的内部因素影响上述刺激因素的作用而使rTMS 的作用效果不一致。
rTMS 时受刺激皮层的状态被认为是影响作用效果的一个重要来源[29]。最明显的提示来自于
120 仅仅肌肉的自主收缩就可以使运动阈值大幅度下降。许多因素决定rTMS 时脑的状态，可以
简单分为两类，一类可以调节兴奋性的基线水平，另一类可在突触水平调节，如前1.3.5 所
述前期训练和刺激的作用机制即是如此。前者包括肌肉收缩、药物、应激水平、认知水平、
注意力、年龄、性别和遗传背景等。同时或先于rTMS 的肌肉收缩可以改变兴奋性变化的程
度。尼古丁在长期状态下可使兴奋性下降。饮酒也可使兴奋性下降。而咖啡因对兴奋性没有
125 影响。应激水平被认为可以通过增加皮质醇释放而使皮质脊髓束兴奋性升高。
2 rTMS 在脑卒中的应用
2.1 运动功能障碍
运动功能障碍是脑梗死后最常见的神经功能缺损。本质上，运动功能损伤是由于损伤侧
半球的输出减少和健侧大脑半球对损伤侧半球的过度抑制。因此，损伤侧大脑半球功能的提
130 高也许可以通过上调受损运动皮质的兴奋性或下调健侧运动皮层的兴奋性来实现，脑卒中急
性期后大部分自然恢复与脑的可塑性变化有关。康复工作的任务就是找到易化这种可塑性变
化的方式，使这种变化产生的更快更安全。rTMS 可能通过抑制不适应的皮层可塑性变化和
提高皮层适应的可塑性变化来改善卒中预后。Takeuchi 等研究是否在健侧脑M1 区1HZrTMS
产生的兴奋性下降和TCI 可以增强卒中后受损的手运动功能。相对假刺激组，rTMS 使健侧
135 M1 区MEP 振幅和TCI 持续时间下降，并且是患侧手的捏动作速度立即增加。rTMS 后运动
功能的增强与TCI 持续时间减少显著相关[30]。15 位脑卒中后长期轻瘫的患者在患侧进行
10HZrTMS 刺激后进行一项复杂﹑连续的手指运动，以干预前后运动准确度﹑运动时间和振
幅来评估行为和运动皮层兴奋性变化。结果提示，与假刺激组相比，rTMS 使MEP 振幅明
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