根据美国国家失禁协会的数据，尿失禁是一种影响超过3300万美国人的严重疾病，对患者的心理健康和生活质量造成重大负面影响。排尿障碍也是所有神经系统疾病的一个关键特征。
南加州大学（USC）的研究团队现在在理解人类脊髓如何触发膀胱排空过程方面取得了重大进展。这项发现可能带来令人兴奋的新疗法，帮助患者恢复这一基本功能。
在这项开创性研究中，南加州大学维特比工程学院和南加州大学凯克医学院的团队利用功能性超声成像技术，观察了膀胱充盈和排空过程中人类脊髓血流动力学的实时变化。
这项研究发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，由南加州大学凯克医学院神经修复中心主任兼南加州大学维特比生物医学工程教授Charles Liu，以及阿尔弗雷德·曼生物医学工程系助理教授Vasileios Christopoulos领导。
该研究的共同第一作者是生物医学工程博士后学者Kofi Agyeman和USC神经修复中心副主任Darrin Lee，后者也隶属于南加州大学生物医学工程系。
另一名重要贡献者是来自兰乔洛斯阿米戈斯国家康复中心（Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center）和南加州大学泌尿研究所（USC Institute of Urology）的Evgeniy Kreydin。
脊髓调节着许多重要的人类功能，包括膀胱、肠道和性功能等自主过程。当脊髓因损伤、疾病、中风或衰老而受损或退化时，这些过程可能会崩溃。然而，由于脊髓体积小且被复杂的骨性结构包裹，使其在人体内直接研究极具挑战性。
与大脑不同，常规临床护理中不会在脊髓中使用侵入性电极和活检，因为这存在明显的瘫痪风险。
此外，构成大多数人功能性神经成像的fMRI技术在脊髓，特别是在胸腰段等许多关键功能定位区域，并没有实际应用的可能。
Christopoulos表示：“脊髓是一个非常未被探索的领域。这让我感到非常惊讶，因为当我开始从事神经科学时，每个人都在谈论大脑。而Liu博士和我问：‘那脊髓呢？’”
“对许多人来说，脊髓只是一个将信息从大脑传输到外周系统的电缆。事实上，我们不知道如何进入脊髓——如何研究它在活动中的状态，如何可视化其动态，并真正理解它在生理功能中的作用。”
功能性超声成像：观察脊髓的新窗口
为了克服这些障碍，USC团队采用了功能性超声成像（fUSI）这一新兴的神经成像技术，它具有最小的侵入性。fUSI过程使团队能够测量在排尿周期中脊髓血容量变化的位置。
然而，fUSI需要通过骨骼的“窗口”来成像脊髓。研究人员通过与一组接受标准护理的慢性下背痛患者进行脊髓硬膜外刺激手术的合作，找到了一个独特的机会。
Lee表示：“在植入脊髓刺激器的过程中，我们通过骨骼创造的窗口插入导线，这为我们提供了一个完美且安全的机会，可以使用fUSI对研究志愿者的脊髓进行成像，而不会带来任何风险或不适。”
“在手术团队准备刺激器的同时，我们轻轻地用生理盐水填充和排空膀胱，以在麻醉下模拟完整的排尿周期，同时研究团队收集了fUSI数据，”已经与Liu密切合作，利用fMRI研究中风患者排尿时大脑活动的Kreydin补充道。
Christopoulos表示：“这是我们首次证明脊髓某些区域的活动与膀胱内压力相关。”
“以前没有人展示过与膀胱压力相关的脊髓网络。这意味着我可以查看你脊髓中这些特定区域的活动，并告诉你你膀胱周期的阶段——你的膀胱有多满，你是否即将排尿。”
Christopoulos表示，实验表明，一些脊髓区域显示出正相关，即其活动随着膀胱压力的增加而增加，而另一些区域则显示出负相关（反相关），即活动随着压力增加而减少。这表明膀胱控制涉及脊髓的兴奋性和抑制性网络。
Agyeman说：“能够直接从手术室的fUSI扫描仪获取数据，然后带到实验室，利用先进的数据科学技术迅速揭示出前所未有的结果，甚至在动物模型中都未曾见过，这是极其令人兴奋的。”
为患者带来新希望
Liu在工程与医学交叉领域工作了二十年，致力于开发恢复神经系统功能的变革性策略。Christopoulos则在大部分研究生涯中致力于开发神经调节技术，帮助患者恢复运动控制。
他们共同指出，对于患者而言，保留我们大多数人视为理所当然的自主过程控制，甚至比行走更为基本。
Christopoulos表示：“如果你问这些患者，他们最想恢复的功能不是运动或感觉功能，而是性功能和肠道、膀胱控制。”他指出尿功能障碍常常导致心理健康恶化。“处理这种问题是非常让人失去尊严的。”
更糟糕的是，尿失禁会导致更频繁的尿路感染（UTIs），因为患者通常必须安装导尿管。由于感觉功能有限，他们可能无法感觉到自己已经感染，直到感染变得更加严重并扩散到肾脏，导致住院治疗。
这项研究为患有神经源性下尿路功能障碍的患者提供了一条切实可行的解决方案。从脊髓活动中解码膀胱压力的能力，为开发个性化的脊髓接口提供了概念验证，这种接口可以提醒患者他们的膀胱状态，帮助他们恢复控制。
目前，几乎所有针对排尿障碍的神经调节策略都集中在下尿路，这主要是因为这一关键过程的神经基础尚不清楚。
Liu表示：“在能够理性地改善一个过程之前，必须首先理解它。”
这项最新研究标志着重要的进展，为结合侵入性和非侵入性神经调节与药理治疗的精准医学干预开辟了新途径，使全球数百万患者的泌尿生殖系统神经修复成为临床现实。
更多信息：Kofi A. Agyeman等，《人类脊髓在膀胱充盈和排空期间的激活》，《自然通讯》（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-61470-1
期刊信息：《自然通讯》（Nature Communications）
提供：南加州大学凯克医学院
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