手法治療改善脊柱功能的作用機制

鄭尉，孫立冰，劉春華，John Downes

脊柱手法治療(Spinal Manipulation Therapy，SMT)是一種通過雙手將快速、小幅度的作用力施加于脊柱上特定部位的治療手段[1]。脊柱手法治療是預防、診斷和治療骨骼肌肉系統相關病癥的有效方法之一，在減少肌肉抑制[2]、調節神經肌肉興奮性[3]、矯正本體感覺缺陷[4]等方面具有一定的臨床效果，已得到國外物理治療師、脊骨神經醫生的廣泛應用，但在我國應用及相關研究較少。脊柱功能與神經肌肉控制[5]、肌肉力量[6]、本體感覺[7]等多種因素有關。脊柱功能下降可能會導致慢性疾病患病率上升、全球公共健康水平下降，給日益嚴重的老齡化社會帶來沉重的負擔[8]。本文旨在總結脊柱手法治療的作用特點，從肌肉抑制、肌肉力量和本體感覺三個方面分析脊柱手法治療改善脊柱功能的效應，以期厘清手法治療對脊柱功能影響的最新研究成果和作用機制，為脊柱手法治療應用于改善脊柱功能表現提供理論依據。

1 脊柱手法治療的作用特點

1.1 生物力學作用特點 在脊柱手法治療過程中，脊骨神經醫生通過控制施加作用力的速度、幅度、方向等將作用力施加于各椎體關節生理活動范圍的末端，但并不超越關節本身解剖結構的限制[9]。在治療時通常伴隨著開裂聲，這是由椎體關節之間的縫隙產生的液體氣泡導致的[10]。脊骨神經醫生最常用的治療形式為短杠桿、快速和低幅度的脊柱手法治療，通常是利用短杠桿將動態的推動力作用于椎體棘突、橫突或乳突等結構之上。在對骨盆進行治療時，作用部位通常為髂棘[11]。此外，脊柱手法治療也可利用長杠桿完成。當一只手作用于椎體的特定部位時，另一手放置在特定部位的身體遠端(肩部或肘部)，椎體與身體遠端之間就形成了作用的長杠桿。Wood 和Adam[12-13]首次對脊柱手法治療時施加的外力進行了量化，但他們并沒有真正在人體上進行矯正，因此這項研究的有效性還有待證實。Hessel等[14]首次直接測試脊柱手法治療施加在人體身上的力量大小。他們在脊骨神經醫生的手下放置一個測力板，用來測量施加在病人具體身體部位上的作用力。近年來，其他學者也針對脊柱矯正的動力時程進行了相關研究[15-17]。脊柱矯正的動力時程受到矯正手法、部位、施加作用力方向、執業年限等因素的影響。Pagé等[15]用255牛頓的峰值作用力分別以100、125、200、500、1000和1500ms推力期作用于第6、7和8 胸椎橫突處，結果發現，在同一峰值作用力條件下，推力期越短，椎體錯位的程度越低，這在一定程度上驗證了以高速、低幅、快速為特點的脊柱手法治療能夠矯正椎體錯位。通過統合在脊柱矯正時的力學參數結果能夠看出，無論患者頭枕是否固定，在施加作用力的全過程中，從不同方向施加的作用力大小均具有一定差異[16]。Funabashi等[18]用Activator儀器在進行研究發現，需用時99±31毫秒達到平均峰值作用力為120±12.7牛頓，加載率為1.21牛頓/毫秒。此外，經驗豐富且有資質的脊骨神經醫生施加作用力的時間僅為實習生所需時間的1/3，但峰值作用力并無顯著差異[19]。脊柱手法治療過程中施加于椎體間關節的作用力能夠影響參與韌帶-肌肉反射和肌肉間反應的神經肌肉成分，從而產生一系列力學改變以降低脊柱旁組織的機械性應力或拉力，但具體哪種峰值作用力能夠產生最佳的生物力學效應還需要進一步研究[19]。脊柱手法治療產生的生物力學效應還包括重建關節突關節的靈活性，刺激脊柱旁組織的機械性感受神經末梢，包括皮膚、肌肉、肌腱、韌帶、椎間關節、椎間盤等[20]，間接促進脊柱手法治療的神經生理學效應。

1.2 神經生理學作用特點 近年來，多項研究從不同角度實證研究了脊柱手法治療的神經生理學效應，主要體現在促進疼痛抑制，改變肌肉反射、運動神經元興奮性及對自主神經系統的影響等。Bialosky等[22]認為，手法治療的神經生理學效應與其對中樞及周圍神經系統產生的疼痛抑制有關[21]。脊柱手法治療能夠通過中樞控制機制增加中樞神經元的感知范圍，通過降低脊柱旁組織的機械性和化學性刺激閾值而改變中樞感覺處理，從而在一定程度上提升患者的疼痛閾值，降低其疼痛敏感度，促進疼痛抑制以及減少痛覺易化。Gorrell等[23]的研究表明，頸椎(C1、C2、C6和C7)手法治療能同時增強胸鎖乳突肌、頸夾肌等頸部肌肉以及背部肌肉(斜方肌、背闊肌、多裂肌等)和三角肌后束的反射反應，這一結果表明脊柱手法治療不僅能改善治療部位周圍的肌肉活動，還能影響治療部位遠端的肌肉反射，這為脊柱手法治療提高全身性功能表現提供了依據。Dishman等[24]經過研究發現，對非癥狀成年人和亞急性下背痛患者進行脊柱手法治療后，呈現出Ia傳入-運動神經通路抑制的刺激-反應特征，具體表現為H反射最大波幅和最大M波幅比值(Hmax/Mmax)在脊柱手法治療結束10s后顯著下降。Azadvari等[25]也得出了類似的研究結果，他們發現腰骶部手法治療后脛神經的H反射波幅及Hmax/Mmax均顯著下降且具有統計學意義，M波波幅及靜息期無明顯改變。一方面，脊柱手法治療在脊柱韌帶-肌肉系統上快速施加的機械性作用力引起脊柱旁肌肉反射。由于神經遞質釋放，單突觸的H反射受到抑制。另一方面，脊柱手法治療使來自纖維環、關節突關節囊、脊柱韌帶等的機械感受器和神經末梢開始傳入放電，從而抑制運動神經元的興奮性。Navid等[26]發現，脊柱手法治療通過改變脊柱的神經傳入，調節習慣化和敏感化之間的相互作用，進而改變中樞神經處理。Gyer等[27]在前人研究的基礎上，構建了脊柱手法治療的神經生理學機制模型。他們認為，由于生物力學改變，脊柱手法治療刺激脊柱旁感覺傳入，激活感覺神經元，通過直接影響反射活動或在運動、痛覺乃至自主神經元池內影響中樞神經整合從而改變神經整合和處理。上述觀點不僅支持了脊柱手法治療在疼痛抑制、改變運動神經元興奮性等方面的作用，而且還提出脊柱手法治療能夠改變自主神經系統的活動，在一定程度上促進疼痛抑制。研究證實，脊柱手法治療能夠調節自主神經系統的平衡性。與安靜狀態相比，前扣帶皮質、下前額皮質、顳中回等腦部其他區域在胸椎手法治療后被激活。上述所有腦部區域均與自主神經反應的產生相關。前扣帶皮質的激活和小腦蚓部的失活導致交感神經活動減弱、副交感神經興奮性增強以及疼痛水平下降[28]。

2 手法治療改善脊柱功能的作用機制

2.1 減少關節源性肌肉抑制 關節源性肌肉抑制(Anthrogenic Muscle Inhibition, AMI)是損傷后的反射性反應，是指在沒有結構性損害或神經支配受損條件下損傷關節周圍肌肉無法完全收縮的一種現象，在臨床上表現為肌肉無力，但該現象是來自中樞神經系統感受器傳入刺激產生變化的結果[29]。肌肉抑制能夠引起脊柱水平的α運動神經元興奮性改變、疼痛程度增加、關節功能下降、步態異常、動態穩定性下降等[30]。以髕股關節疼痛(Patellofemoral Pain, PFP)為例，PFP患者常表現出股四頭肌無力和肌肉抑制，髕股關節應力增加的同時引起髖部肌肉活性以及完成功能性任務時運動模式的改變，形成反饋回路[30]。無法糾正肌肉抑制和重建肌肉功能會導致身體活動能力下降、生物力學缺陷以及再次出現損傷[31]，因此找到矯正肌肉抑制的有效手段十分重要。脊柱手法治療通過刺激關節內部和周圍的感覺感受器，使這些感覺感受器中的傳入信號與脊柱水平的中間神經元形成突觸，能夠對運動神經元池的可用性以及動作輸出產生影響，從而減少肌肉抑制[32]。由于骶髂關節(L2～S3)、股四頭肌(L2～L4)和膝關節的神經根水平相同，一個結構的傳入信息可能改變受相同神經根水平支配的所有結構的傳出信號。骶髂關節的脊柱手法治療能夠刺激骶髂關節內和其周圍的機械感受器和本體感受器，通過改變神經信號的傳入和膝關節肌肉中運動神經元的興奮性而擾亂疼痛-痙攣周期(Pain-Spasm Cycle)[33]。此外，Victor和Matkovich研究發現，在頸椎(C5、C6)手法治療后，肱二頭肌肌電均方根下降9.03%，肱二頭肌肌力增加4.76%[34]。Haavik等[35]的研究表明，脊柱手法治療使拇短展肌的運動誘發電位最大值(Maximum Motor Evoked Potential，MEPmax)平均提高54.5%。脛骨前肌的MEPmax平均提高44.6%。他們認為脊柱手法治療適用于肌張力異常下降、肌肉功能下降、損傷后關節肌肉抑制等患者或運動員群體。上述研究在一定程度上說明脊柱手法治療改善肌肉抑制的有效性。肌肉抑制很可能是引起肌肉爆發力和/或運動功能下降的原因之一，通過脊柱手法治療能夠糾正并減少大肌肉群或單塊肌肉的肌肉抑制，將對改善功能表現產生十分重要的作用。

2.2 調節肌肉力量變化 良好的功能表現主要依賴于保持適宜的肌肉力量水平、減少神經肌肉疲勞以及增強大腦皮質中樞驅動等[36]。神經肌肉疲勞、肌肉力量和爆發力下降等均會對功能表現產生負面影響且能夠增加損傷發生率[37-38]。這些生理性因素均與神經肌肉機制有關，可通過最大自主收縮(Maximum Voluntary Contraction，MVC)、脊柱反射(H反射、M波、V波)等指標進行測量和評估[24-26,39]。H反射和V波反映的是受脊柱α運動神經元影響的大腦皮質神經驅動的程度，這些指標神經適應性的改善在一定程度上反映了功能表現的提高[39]。其中，H反射興奮性增高、V波波幅增大與運動神經元興奮性、下束神經驅動增強、抗疲勞能力提高有一定的相關性，同時伴隨MVC力量提高[39]。Christiansen等[40]在對12名優秀跆拳道運動員進行脊柱和骶髂關節手法治療后，觀察比目魚肌誘發電位V波、H反射和MVC等指標在治療前后的變化。研究表明，脊柱手法治療能夠提高跖屈肌的肌肉力量和皮質脊髓束興奮性，其中MVC和V波波幅增大，H反射并無顯著性變化。Niazi等[39]發現健康年輕男性在接受脊柱手法治療后H反射中低閾值運動神經元的興奮性增強，Holt等[41]以12名慢性中風患者為研究對象，發現在脊柱手法治療后比目魚肌肌肉力量平均提高(64.2±77.7)%，V波波幅與M波波幅最大值的比值平均增加(54.0±65.2)%，但H反射無顯著性改變。 此外，皮質靜息期(Cortical Silent Period，CSP)代表脊髓和大腦皮質的抑制機能[42]，通過表面肌電和/或刺激前時間柱狀圖(Prestimulus Time Histograms，PSTHs)能夠反映CSP的變化。PSTHs是指肌肉受到刺激時的峰值時間，PSTHs越長表示肌肉激活的時間越長[4]。Havvik等[4]通過研究發現脊柱手法治療可以縮短經顱磁刺激誘發的CSP以及增強下肢肌肉低閾值運動神經元的興奮性，這一結果能夠表明脊柱手法治療可以作為增強肌肉力量的手段之一。上述研究結果中均體現出脊柱手法治療在調節肌肉力量方面的重要作用，但這種影響受到患者類型、損傷或疾病類型及程度、治療部位、手法等因素的影響，今后應結合實證研究分析脊柱手法治療對肌肉力量的具體影響。

2.3 改善本體感覺缺陷 本體感覺是指人體在三維空間內對身體姿勢和運動的感覺，需要整合來自韌帶、椎間關節、椎間盤、皮膚和肌肉的機械感受器的周圍感覺信息[43]。全身性本體感覺表現為個體對本體感覺信息處理的能力和質量下降[44]。本體感覺的重要性體現功能表現的各個方面。潛在的本體感覺機制能夠說明在特定時間內人體的骨骼-肌肉系統是如何相互協作的。日常生活和體育鍛煉過程中不僅需要單個肢體或關節的活動，更多要求全身肢體和關節協同運動[45]。例如，眼球需要不停地運動和觀察周圍物體，當有外界物體迎面而來時(例如球類)，能夠配合大腦進行前反饋[46]。大腦需要在短時間內接收來自身體各部分的信息傳入并在統合后將神經信號傳遞至反應器官，決定人體的哪些肌肉需要放松或收縮以及所需的具體時間、人體運動的方向和速度等[47]。出現關節紊亂或功能障礙時，人體的一般適應過程應遵循適應強制性需求(Specific Adaptation to Imposed Demands，SAID)原則[48]。而機體的神經-肌肉-骨骼機制除了要遵循SAID原則外，還包括前/后反饋[49]、神經可塑性[47]、任務特異性[50]、力量產生等過程[51]。在此基礎上，脊骨神經醫生John Downes提出“全身性本體感覺缺陷模式”[52]。他認為，由于外界干擾或自身功能障礙造成的本體感覺缺陷可以使神經肌肉控制水平下降，人體在面對特定動作時的肌肉反應模式改變，使得機體無法完成既定的動作任務或完成動作任務的質量下降。由此造成的全身性代償以及神經前反饋功能下降，最終會導致功能不穩定、功能表現能力下降等問題。異常的信息傳入與持續的中樞神經可塑性變化有關[53]。脊柱功能障礙部位的傳入反饋發生改變后，隨即引起脊柱其他區域和四肢傳入反饋變化，導致感覺運動統合產生異常。脊柱手法治療通過改變人體感覺運動統合、軀體感覺統合和神經肌肉控制等方面改善本體感覺缺陷[54]。Haavik和Murphy[55]提出脊柱矯正對軀體感覺和運動整合的影響模型)，他們認為，由于脊柱脫位/錯位造成的神經信號改變，能夠繼而導致人體軀體感覺系統和運動整合的改變。但這些異常的反應能夠通過脊柱手法進行矯正和治療，最終得到改善。上述理論模型也得到了一部分實證研究證實。Gómez等[56]的研究結果表明，非特異性慢性頸痛患者的站立位姿勢控制能力分別在接受頸椎手法治療的第7天和第15天分別提高13.4%和27.4%，與Goertz等[57]和Pascual-Vaca等[58]的研究相比效果更為顯著。但Farazdaghi等[59]雖發現骶髂關節紊亂患者在前后向的震顫頻率和速度在骶髂關節手法治療后有顯著性改變，但其他動態姿勢控制相關指標并無統計學意義。此外，鑒于文獻搜索發現有關脊柱手法治療對運動覺、位置覺等本體感覺指標作用效果的研究相對較少，今后的研究應側重于脊柱手法治療在改善具體關節及全身性本體感覺方面的實證研究。

3 小結

脊柱手法治療著眼于人體的神經系統，主要治療和改善神經-肌肉-骨骼相關的病癥/功能障礙，在預防/治療損傷及促進功能表現等方面的作用逐漸得到研究學者的重視，但在我國應用較少。脊柱手法治療改善脊柱功能已經被多項研究證實，通過本研究梳理相關文獻發現，其潛在機制包括減少關節的肌肉抑制、調節肌力變化、改善本體感覺缺陷等。脊柱手法治療在保障身體機能、改善功能表現以及預防損傷等方面具有重要作用，但脊柱手法治療效果的持續時間、脊柱手法治療對不同群體作用效果的差異性以及不同矯正部位對功能表現的影響等問題還需繼續進一步通過實驗研究從神經生理學、生物力學等方面進行深入挖掘和分析。