“国际癫痫关爱日” | 呼吸门控迷走神经刺激治疗癫痫

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/ 2024.06.28

6月28日是国际癫痫关爱日，今年的6月28日是第十八个“国际癫痫关爱日”，今年的宣传主题为“关注癫痫共病”。据统计，约50%的成年癫痫患者至少共患一种疾病，癫痫患者共病率远高于一般人群，增加致残率和死亡率，大幅增加社会负担。

1.Proof of mechanism investigation of Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation through simultaneous measurement of autonomic functions: a randomized controlled trial protocol

通过同时测量自主神经功能进行经皮耳迷走神经刺激的机制研究证明：随机对照试验方案

https://doi.org/10.1186/s13030-024-00311-x

2.Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation to acutely reduce emotional vulnerability and improve emotional regulation in borderline personality disorder (tVNS-BPD): study protocol for a randomized, single-blind, sham-controlled trial

经皮耳迷走神经刺激可急性降低边缘型人格障碍 （tVNS-BPD） 的情绪脆弱性并改善情绪调节：一项随机、单盲、假对照试验的研究方案

https://doi.org/10.1186/s13063-024-08230-6

3.Effect of vagus nerve stimulation on emergency department utilization in children with drug-resistant epilepsy: a retrospective cohort study

迷走神经刺激对耐药性癫痫患儿急诊科利用的影响：一项回顾性队列研究

https://doi.org/10.3171/2024.4.PEDS23310

4.The Effects of transcutaneous aurıcular vagus stımulatıon on sustaıned attentıon and depressıon in indıvıduals who are lıkely to have Adhd

经皮耳迷走神经刺激对Adhd患者持续注意力和抑郁的影响

https://www.researchgate.net/publication/381582253_The_Effects_of_Transcutaneous_Auricular_Vagus_Stimulation_on_Sustained_Attention_and_Depression_in_Individuals_Who_Are_Likely_to_Have_Adhd

迷走神经刺激（Vagus nerve stimulation，VNS）是一种治疗癫痫的辅助治疗方法。建议用于抗癫痫药物无反应的患者，以及无法通过手术切除致癫痫灶的患者。VNS由一个植入的脉冲发生器组成，它将一系列电脉冲传递到左侧迷走神经，对局灶性和全身性癫痫发作产生抗癫痫作用。在目前的VNS实践中，刺激是在固定的刺激参数下定期进行的，而不考虑患者的生理状态，即开环刺激。由于VNS的作用机制仍有待完全阐明，这种刺激方案可能不是最佳的。这项研究介绍了一个装置，可将VNS与呼吸节律相配对，进行闭环刺激。更具体地说，它可以通过热敏电阻测量的呼吸相位信息，选择吸气或呼气时触发VNS。通过处理呼吸信号，采用微控制器来控制每次在呼气时刺激。使用的刺激参数为：500μA电流强度、500μs脉冲宽度、40Hz和30秒开/30秒关的重复周期。并在4只健康麻醉大鼠体内进行了验证。呼气检测的平均灵敏度为96.5±3.07%，平均阳性预测值为93.6±4.51%，总体平均平均剂量为19.78±0.68脉冲/秒。该系统允许未来的体内VNS实验来比较开环VNS与常规开环VNS在治疗癫痫方面的效果。

如前文所述，在目前的VNS操作不考虑患者的生理状态，以固定参数开环方式进行。以前已经研究过一些替代方案。例如，人们提出了一种随机刺激方法，其脉冲周期是可变的，遵循泊松分布。此外，双脉冲刺激的预期效果已经在硅上进行了研究。或者固定的刺激参数可以在癫痫发作时进行，而不是连续进行。例如，一种基于心脏的癫痫发作检测已经被提出，当心率增加20% - 70%时，它会开启自动刺激功能。然而，所有这些刺激策略都提供固定刺激参数的脉冲， 对癫痫发作的演变一成不变。根据患者的生理状态动态调整刺激参数可能具有增加治疗效果的潜力，这种策略以前被提出用于治疗高血压。在这项研究中，VNS的刺激与QRS心跳同步进行（如图1所示）。图1展示了上述刺激类型的示意图。

呼吸配对的VNS可以为刺激提供更强的生理反馈。既往研究表明，呼气时触发的经皮耳廓VNS（Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation，taVNS）对脑干有显著影响，主要是对孤束核（nucleus tractus solitarii ，NTS）有显著影响，这与VNS的癫痫治疗直接相关。此外，如在人的研究中，迷走神经的活动也被呼吸调节。这为基于由呼吸配对迷走神经活动的闭环VNS治疗打开了大门。基于这些原因，我们假设VNS与呼吸同步进行触发，即呼吸门控VNS可能比常规的开环VNS更有效。除了验证这一假设外，还应该考虑呼吸和刺激之间的相位偏移的影响。

图1.不同类型的VNS：a)标准刺激 b)随机刺激c)双脉冲刺激d)脉动刺激e)癫痫发作时基于心脏的刺激

图2.急性系统示图。呼吸通过面罩内的热敏电阻获得呼吸，VENG信号通过袖带电极获得。这两个信号都被过滤和放大了。NI-DAQ模拟输入分别获得50kS/s和1kS/s的VENG和呼吸信号。同时，放大的呼吸信号由与ESP32通信的外部ADC测量，用于在线呼气检测。当检测到呼气时，ESP32传递数字电压脉冲来控制光耦合器，其电流输出被传递到袖带电极用于VNS

图3.刺激期间在VENG信号中出现的刺激伪影。a)放大：VENG信号在刺激期间被完全损坏，b)缩小：可以看出，刺激伪影饱和了VENG信号的振幅

结论：本文展示了一种新型装置来实现呼吸门控VNS。以往的传统VNS操作中，通常以固定的参数进行刺激，而不考虑患者的生理状态。呼吸触发的VNS（即呼吸门控VNS）以患者的呼吸相位信息来触发VNS，可对脑干核团进行靶向性干预，也有望根据患者的生理状态来动态调整刺激参数，从而提高治疗的效率。进一步的研究将通过测量癫痫发作的严重程度、频率和持续时间来评估呼吸门控的闭环VNS（与传统开环VNS）在诱发癫痫大鼠中的疗效。