脊髓節間反射在康復治療中應用的研究進展

連潔，安丙辰，鄭潔皎

復旦大學附屬華東醫院康復醫學科，上海200040

脊髓不同節段神經元之間通過脊髓固有神經元的突觸聯系協同完成的反射活動稱為脊髓節間反射。脊髓節間反射屬于脊髓水平的反射，有賴于脊髓固有神經元的參與，這些神經元的軸突在外側索上行或下行，終止于相鄰節段的中間神經元或運動神經元[1，2，3]。脊髓節間反射可以表現為多種形式，如長脊髓通路反射、搔扒反射、共同運動、聯合反應等。在動物研究中發現脊髓節間反射對姿勢維持和運動控制均具有重要作用，通過對節間反射的分析，使用人工神經網絡可以預測動物足的運動[4]。因此，脊髓節間反射相關機制的研究將有助于運動治療、矯形器、機器人、功能性電刺激等康復治療方案的設計，可為多種康復治療技術及設備的研發提供理論依據。目前，脊髓節間反射在康復治療中的應用仍在探索階段，但相關運動形式已經運用到了腦卒中偏癱、脊髓損傷、呼吸系統、泌尿生殖系統損傷等的康復治療中。本文就脊髓節間反射在康復治療中應用的研究進行綜述，以期為臨床康復治療提供新思路。

1 脊髓節間反射在腦卒中偏癱康復治療中的應用

腦卒中是臨床最重要的致殘原因之一[5]，偏癱是腦卒中后常見的功能障礙，嚴重影響患者日常生活活動能力。因此，改善腦卒中偏癱患者的運動功能是康復醫學所面臨的重要問題。

腦卒中偏癱患者特有的聯合反應、共同運動均與脊髓節間反射密切相關[1,2]。聯合反應是指中樞神經受損后，上運動神經元的調控作用減弱或消失，脊髓神經元激活“泛化”，失去隨意控制所釋放的原始性姿勢反應。共同運動是指偏癱患者失去上位中樞抑制作用的情況下，在試圖完成某項活動時所引發的一種刻板的原始運動模式。共同運動與聯合反應均是失去上位中樞抑制作用后脊髓原始反射的暴露，只是所涉及的脊髓節段不同，從而表現形式不同[6]。

脊髓節間反射是偏癱肢體共同運動和聯合反應的重要機制。腦卒中患者股神經的刺激可引起比目魚肌H 反射的早期易化和后期抑制。股四頭肌和比目魚肌之間的節間易化作用增強和抑制作用減弱，可能導致這些肌肉在功能任務中異常的協同活動增加，從而可能會增加中風后偏癱患者下肢出現的異常伸肌協同效應[7]。在偏癱步態中，膝關節和踝關節伸肌的共同激活增加，與腦卒中患者股四頭肌和比目魚肌節間易化通路的改變有關，脊髓節間通路的異常可能導致腿部伸肌時間的異常[8]。深入探討偏癱患者脊髓節間通路的改變及其程度與運動障礙的關系，利用或抑制脊髓節間反射，打破異常的脊髓反射模式，將有助于探索偏癱肢體功能康復的新方法，提高臨床治療效果。

上肢的運動訓練可改善腦卒中偏癱患者的步行能力。脊髓動物前后肢活動常表現一定程度的協調性，這種協調性建立在脊髓各節段中間神經元之間的相互聯系上，常被稱為長脊髓通路反射[1]。研究表明，頸、腰部神經回路通過長脊髓固有神經元連接，控制反射的興奮性，促進肢體運動的偶合[9]。通過上肢手臂的訓練，可以興奮頸腰部神經回路，增加上下肢的運動協調[10]。在腦卒中患者，上肢有節奏性的運動訓練可以改善患者的步行能力[11]，這提示將上肢的運動訓練納入到下肢康復治療計劃中或許能產生一定的康復治療效果。另外有節奏的腿部運動也可以影響橈側腕屈肌H 反射[12]，提示我們下肢康復介入到上肢康復計劃中也具有一定意義，但尚需要更多研究。

四肢聯動、功率自行車、MOTOmed 等智能運動訓練已經廣泛應用在偏癱的康復治療中。已有試驗表明[13]，四肢聯動訓練治療偏癱效果更為顯著。這突出了上下肢聯合訓練在偏癱治療中的重要作用，但缺乏相關機制的探討，或許應用長脊髓通路反射可以解釋其中一部分原因。未來需要進一步探討具體的節間通路在腦卒中偏癱患者不同功能障礙中所發揮的作用，利用脊髓節間反射調節多個脊髓節段上下通路之間的活性，改善腦卒中偏癱患者的肢體間協調，將會有助于偏癱患者運動功能的康復。

2 脊髓節間反射在脊髓損傷康復治療中的應用

脊髓損傷后，手術干預、藥物治療、細胞移植等方法的療效均有限，許多研究者期望通過康復醫學工程讓患者恢復更多的日常生活活動能力，實現最大程度的生活自理,盡早回歸社會[14]。近年來，硬膜外電刺激作為脊髓損傷后恢復肢體協調運動的治療方法開始受到重視。硬膜外電刺激促進脊髓損傷后肢體產生行走能力與脊髓固有神經元及節間反射的激活有關[15]。脊髓損傷后，硬膜外電刺激應用于腰椎脊髓，能夠協調站立、行走等運動。已有報道，當硬膜外電刺激與運動訓練結合，能使脊髓損傷后下肢感覺運動完全喪失的人實現踏步[16]。硬膜外電刺激作為一種神經調節技術與康復鍛煉結合能夠激活脊髓網絡，促進脊髓損傷后神經功能的重組，為脊髓損傷的康復治療提供了一個新的途徑。另一方面，也有報道表明[10]無創經皮脊髓電刺激應用于頸椎節段可以顯著調節腰部神經回路，有助于改善步行能力。將經皮脊髓電刺激作為一種調節脊髓回路的方法，對神經損傷后恢復運動功能具有一定意義。但是各種神經調節技術應用于康復治療的具體策略還需要更多的臨床研究。

研究表明，運動訓練可以重塑脊髓損傷后的脊髓運動網絡。運動可以上調部分神經營養因子，神經營養因子為神經元提供支持和保護作用，在脊髓損傷的情況下，上調的神經營養因子可能與脊髓反射的調節有關[17]。Shah 等[18]證明脊髓損傷的大鼠進行四足跑步機訓練比僅后肢跑步機訓練激活更多的脊髓固有神經元，能更大程度的促進后肢運動功能的恢復。在人體，脊髓損傷患者的上肢和下肢之間的協調性通常會受損甚至消失，上下肢同時參與運動訓練可以更好的調節腿部的脊髓反射。將正常的手臂擺動納入運動訓練或日常生活中可增強投射到脊髓網絡的下行通路，從而調節腿部的運動[19]。以脊髓固有神經元為治療靶點激活脊髓節間通路，調節腰椎脊髓網絡的興奮性，對實現脊髓損傷后的功能恢復具有重要意義。因此，對于脊髓損傷患者出現的下肢運動障礙，可以將上肢的運動訓練加入到康復治療計劃中，而不是僅僅針對腿部的康復治療。

屈肌反射是一種傷害性刺激引起的四肢屈肌收縮的活動，Sandrini 等[20]認為屈肌反射是一種多突觸和多節段性脊髓反射，皮膚傷害感受傳入的興奮可以激活脊髓中間神經元間的通路，從而激發屈肌并抑制伸肌，構成了一種防止肢體受損的保護機制。脊髓損傷后，足底皮膚傳入對屈肌反射的調節作用與神經完整者不同。這和足底皮膚傳入信號與多個脊髓節段間的脊髓中間神經元回路相互作用有關，并可能促進運動的恢復[21]。另外,在搔扒反射中，刺激動物腰背部皮膚可引起后爪的一陣規律動作[3]，均提示我們利用感覺運動機制調節不同節段和節段間脊髓水平的脊髓通路的運動神經元活性，有助于恢復脊髓損傷患者的運動功能。如何利用感覺刺激促進脊髓損傷患者運動功能的恢復還需要在臨床實踐中找出有更有效的方式。

除了脊髓損傷，脊髓節間反射也應用于其他脊柱疾病的康復中。Kang 等[22]發現了腰椎節間反射通路的電生理證據，認為相鄰腰椎之間的反射通路有助于運動中的協調。來自內側椎旁組織的感覺刺激能反射性地改變鄰近腰椎節段的傳出活動，可能導致與慢性腰背痛和腰肌痙攣有關的生物力學變化。未來可以研究腰椎節間反射的具體路徑，了解其功能，有助于指導脊柱損傷及相關疾病的康復治療，并探索出更多腰椎疾病的康復治療方法。

3 脊髓節間反射在呼吸康復治療中的應用

脊髓節間反射在呼吸運動中發揮著重要作用，頸脊髓損傷后，脊髓節間反射有助于協調呼吸肌的活動。由于脊髓固有神經元具有傳遞和處理感覺信息、協調呼吸運動的功能，可以通過刺激肢體肌肉的感覺傳入輸入與脊髓水平的呼吸運動神經回路之間的特定連接來調節通氣[23,24]。另一方面，脊髓內有連接運動和呼吸回路的節間相互作用，當頸髓被橫斷時，癱瘓的膈肌運動神經元可以被腰椎回路驅動[24,25]。因此，在進行呼吸康復時，不應該忽視四肢的刺激和運動，通過反復的刺激和運動可以激活更多肌肉，有利于呼吸功能的改善。目前，基于重復進行肢體刺激和運動的康復治療方法在改善呼吸功能方面越來越受到認可，但是，對于人體最有效的肌肉選擇以及刺激方式等，尚需要更多研究以明確最優化的康復治療方案。

脊髓節間發射不僅在激活時可以改善呼吸運動，抑制性的節間反射在呼吸功能中同樣起到重要作用。McBain等[26]證明了在有臨床完全病變的頸脊髓損傷患者中，吸氣肌對氣道阻塞反應的短潛伏期抑制通常是不存在的，完整的脊髓在反射抑制的發生中起著關鍵作用，這可能需要涉及到多個吸氣運動神經元池的完整的節段間網絡的輸入。這種抑制性反射的缺乏可能會增加頸脊髓損傷患者誤吸的風險。隨后，他們證明人類吸氣運動神經元池存在節間抑制性反射，稱為肋間-斜角肌反射。由于反射需要完整的脊髓連接，使之可能成為一個恢復胸或頸脊髓損傷的重要標志。肋間-斜角肌反射聯合常規感覺檢查可監測損傷后跨損傷部位節段間神經連接的進行性變化或治療所產生的變化[27]。今后，或許可以利用這種節間抑制性反射減少頸脊髓損傷患者及腦卒中患者的誤吸并進行胸或頸脊髓損傷治療的康復評定，進一步擴寬臨床康復治療及評定的方法，但其中機制需進一步明確。

4 脊髓節間反射在泌尿生殖系統康復治療中的應用

泌尿生殖系統部分功能的調節與脊髓節間反射有關。Vera 等[28]證明了大鼠與排尿有關的腰骶部節間反射通路。刺激陰部神經，有一個上升的節段間脊髓回路，將感覺信息從陰部神經傳遞到腰椎脊髓，這種上行脊髓通路可能介導女性生殖道中血管擴張的脊髓反射激活[29]。Ertekin 等[30]通過研究正常對照組、脊髓損傷患者及早泄者的提睪反射和球海綿體反射，不僅為腰骶部節間反射路徑提供了證據，并且說明此途徑與男性射精過程存在關系，部分早泄患者腰骶部節間反射回路可能存在功能障礙。Hubscher 等[31]對脊髓損傷小鼠進行跑步機訓練，發現肢體的運動訓練有助于尿路功能的康復，并認為這與運動訓練可以增強腰骶部反射回路的脊髓網絡興奮性有關。隨著脊髓節間反射及通路在泌尿生殖系統中應用的研究增多，或許可以開發出從腰椎脊髓或肢體入手的康復治療方法，將有助于在保護患者隱私的情況下進行更有效康復治療。

5 總結與展望

脊髓節間反射與人體的功能協調密切相關，激活或抑制脊髓節間反射將有助于人體正常功能的康復。此外，脊髓節間反射是一個涉及兩個及以上脊髓節段的空間概念，將在空間上分離但功能相關的神經元聯系起來，執行協調運動控制，提示在康復治療中可以采用由遠及近、由近及遠等的跨區域治療，這為局部癱瘓、制動等原因所致不能進行局部治療的情況提供一個很好的治療選擇。隨著研究的不斷深入，相信利用脊髓節間反射通路進行的康復治療方案將會進一步拓展臨床康復治療思路。