神经肌肉电刺激(neuromuscular electrical stimulation,NMES)能增强肌肉力量,弥补感觉或运动功能的减弱,已广泛用于神经假肢手及中风、偏瘫或脊髓损伤后运动功能恢复的临床康复等多种生物医学应用。研究证实,NMES能通过中枢机制人为激活肌肉收缩,即电诱发的感觉冲动通过脊髓通路募集运动单元。越来越多的证据表明,电诱发感觉纤维响应增强中枢通路活动对NMES的效率起着关键作用。同时,NMES诱发的通过中枢通路产生的收缩根据Henneman的大小原则依次募集目标肌肉的运动单元,募集方式更倾向于自主收缩募集。通过这种方式产生的肌肉收缩可以利用神经肌肉可塑性,持久有益的改善运动功能,有助于减少肌肉萎缩。因此,通过NMES调节中枢机制的感觉神经响应并提高传入纤维的电刺激效率对促进康复进程、实现临床疗效至关重要。对电刺激参数进行优化是提高NMES募集运动单元的刺激效率的有效技术思路,如脉冲振幅、频率和脉宽等。目前已有研究证实宽脉冲(0.5-1 ms)NMES能够产生更充分的去极化因此更有利于激活感觉轴突。此外,脉冲调制模式刺激增强迷走神经纤维选择性及刺激效率的有效性也得到报道,同时根据已有研究模型及电荷持续时间关系曲线,短持续时间脉冲刺激其诱发响应所需要的电荷越小。然而,脉冲调制的宽脉冲NMES能否促进外周传入通路募集运动单元尚不清楚。在国家自然科学基金项目“电刺激诱发肌梭感受器响应的肌电假肢手运动自主感知研究(31771069)”的支持下,本文研究了调制宽脉冲NMES对感觉及运动纤维刺激效率和募集增益的影响。首先,结合宽脉冲优先激活传入纤维及短脉冲电荷效率更高的优势,我们提出了对宽脉冲(1 ms)进行均匀脉冲调制以提高传入纤维的刺激效率及募集增益。实验共11只SD大鼠,包括均匀调制宽脉冲(modulation wide-pulse,mWP)及连续宽脉冲(continuous wide-pulse,WP)共两种刺激模式,并分别刺激SD大鼠胫神经,通过信号采集系统记录电诱发的足底肌内肌电信号。统计所有刺激波形及刺激强度下H反射响应幅值,并建立随刺激强度增加的H反射募集曲线。提取曲线中感兴趣的特征值来量化刺激模式及参数对感觉纤维激活的影响。初步结果表明,与WP相比,mWPs波形刺激需要更少的电荷诱发相同水平的纤维激活并获得更大的H反射募集增益。同时,电荷效率及募集增益随着均匀调制宽脉冲的载波脉宽降低而降低。其次,纤维的响应模式可能受电荷密度分布(由载波频率调控)的影响,因此载波频率的调制也可能是提高刺激效率的有效调制方式。本部分实验设置了不同载波频率的非均匀调制宽脉冲(modulation wide-pulse,mWP)和连续宽脉冲(WP)两种刺激模式。实验包括7只成年SD大鼠,电刺激胫神经在足底肌内记录肌电信号。初步结果表明,非均匀调制宽脉冲相较于WP波形均需要较少的电荷激活感觉纤维同时获得更大的H反射募集增益,在优化刺激模式增强传入冲动上具有很大的应用潜力。而对于非均匀调制宽脉冲的不同载波频率调制波形,不同电荷密度分布对纤维激活的刺激效率及募集增益无显著影响。最后,我们分别通过组织学分析和电生理指标两种方法对实验的安全性和稳定性进行了验证。对大鼠NMES侧与未刺激侧胫神经进行HE组织染色,并在电镜下观察组织形态。结果表明,本实验研究中长时程电刺激并未对神经纤维造成明显的直接损伤,组织结构完整且排列有序。实验过程中在不同刺激波形前后通过WP模式诱发最大H反射响应,分析响应幅值的差异以评估长时程刺激下大鼠状态的稳定性。结果表明诱发的最大H反射无显著差异,说明长时程实验过程中动物状态稳定一致。本文主要探究了均匀调制宽脉冲及非均匀调制宽脉冲对感觉传入纤维激活的影响并和传统的连续宽脉冲进行了比较,同时通过组织学分析及电生理信号稳定性分析了实验的安全性及稳定性。研究结果表明,与传统的WP刺激相比,对宽脉冲进行均匀调制及非均匀调制均能提高纤维激活的电荷效率并产生更大的募集增益,且均匀脉冲调制时载波脉宽的减小会降低刺激效率及募集增益,非均匀脉冲调制时波形不同电荷密度的分布不会对刺激效率及募集增益造成明显差异。本研究结果为NMES调控脊髓中枢运动控制回路兴奋性的刺激参数优化提供了一种新的途径,有助于提高传入神经纤维对电刺激的利用效率以促进康复疗效。