本體感覺對青少年特發性脊柱側彎的研究進展*

張 凱，余曉琦，顏可怡，張運山 綜述，李揚政△ 審校

(1.浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院康復醫學科，浙江 杭州310016；2.浙江大學醫學院附屬第一醫院康復醫學科，浙江 杭州 310016；3.廣西醫科大學第一附屬醫院康復醫學科，廣西 南寧 530000)

青少年特發性脊柱側彎是指兒童生長發育過程中發生的脊柱三維形態畸形，占青少年脊柱畸形的90%，是中國最常見的脊柱側彎類型，且好發于女性[1-4]。其不伴隨可識別解剖異常或其他疾病的特點[5]，無疑增加了探索發病規律的難度。AIS的病因研究涵蓋了幾乎所有可能的起源—遺傳學、生存環境、荷爾蒙、生物化學、脊柱生物力學、神經學和生長發育[6]，這使研究者相信AIS是一種多因素疾病[1]。然而，這些因素是AIS的病因還是AIS發生后繼發的異常表現，目前尚未有明確定論。其中本體感覺系統異常作為AIS病因的探究格外受人關注。目前，大量證據表明本體感覺系統異常與AIS的形成有著密切聯系[7]，然而具體病理機制仍在探索階段。明確本體感覺系統在AIS發展中的意義，對建立更科學的AIS診治框架意義重大，因此有必要對現有的研究結果進行綜述。本文旨在歸納當前AIS本體感覺系統最新進展，梳理AIS患者本體感覺系統特點并試圖解釋本體感覺系統促成AIS的可能機制。這將拓寬脊骨醫生和康復師對于AIS康復新的認識，對于開展AIS患者本體感覺功能的臨床診療及開發新的康復策略意義重大。具體綜述如下。

1 本體感覺系統與AIS關聯的功能假設

本體感覺，被認為是人體肌、腱、關節等運動器官在方向、空間位置、速度變化上激活本體感受器而傳入中樞神經系統的感覺信息。事實上，本體感覺的感受器還涉及信號傳導動脈、肺和腸道擴張的受體[8]。因為本體感覺系統如此廣泛的分布及意義，被認為是構建身體地圖內部表征最重要的感覺系統[9]，在大腦進行姿勢調整和運動決策計劃的過程中起到舉足輕重的驅動作用[10-12]。然而，有研究發現，異常的本體感覺輸入可能具有獨立于運動作用于大腦的特點，即異常的感覺輸入可能是肌肉張力異常的觸發因素。基于此，關于本體感覺系統的異常是否與AIS關聯才有了他獨特的研究價值。許多猜想也隨之孕育，如“兩個階段”理論猜想，即AIS是感覺輸入與神經肌肉控制系統的缺陷所造成的，而后在青少年生長時期隨著生物力學因素的改變而導致本體系統進一步惡化[13]。

2 本體感覺系統異常可能是促使AIS形成的重要病因

本體感覺功能異常與AIS的關聯性已經被許多研究持續證明[15]。其中有研究凸顯了本體感覺異常存在于AIS的獨特性，即通過體感誘發電位檢查發現：AIS與對照組在位置覺、震動覺方面的顯著差異,而這些特點在先天性脊柱側彎患者未發現類似異常。這提示了本體感覺系統異常可能是AIS獨有，然而由于該研究未設計誘導脊柱側彎的前后對照模型，無法說明本體感覺系統異常是AIS病因。關于本體感覺異常究竟是導致AIS的病因還是AIS的繼發性表現，有待進一步的研究論證。

為了證明本體感覺異常是青少年特發性脊柱側彎的病因之一，國內外學者嘗試對正常小鼠本體感受器進行干擾，希望誘導小鼠發生類似脊柱側彎的形態變化[16-17]。例如本體感覺系統調節因子Runx3或Egr3的分別敲除[17]導致的小鼠類似脊柱側彎模型成功建立，以及調節本體感覺神經元機械轉導的機械敏感性離子通道蛋白Piezo2[18]在本體感受神經元中的敲除導致的脊柱排列不齊和髖關節發育不良[16]，都證明了本體感覺信息異常與AIS的形成高度相關，且提示Runx3、Egr3及Piezo2[18]的突變將有可能與本體感覺系統異常造成AIS的分子機制有關。

基于本體感覺信息在姿勢控制中存在不同的傳入路徑[19]，許多學者發現了存在于AIS不同于健康人的本體感覺通路，如SIMONEAU等[21]用美國Watertwon OR6-6型AMTI測力平臺，測定壓力中心位移發現AIS相比對照組，更依賴于踝關節本體感覺來控制靜態平衡，而卻在動態平衡的維持中表現出相比正常人更多的失衡。這與 LE BERRE等[20]學者的結論一致，提示了AIS的動態本體感覺系統紊亂更為嚴重，這可能與AIS動態本體感覺的輸入及中樞整合不成熟有關，而不是靜態本體感覺通路的問題。

研究發現，AIS的本體感覺異常不只體現在感受器以及傳導通路上，本體感覺的中樞整合能力也異于健康人[21]。HAUMONT等[22]研究發現，AIS患者的中樞感覺權重調整系統運作效率較低，其負責驅動足部肌腱振動(踝關節肌肉的本體感覺)的速度可能較對照組反應更慢，而對于髖策略的啟動與調用頻率相對較高。也有學者發現，AIS患者在動態平衡過程中頭部的晃動增加，提示前庭系統更多地參與了姿勢控制。這與PIALASSE等[23]的試驗得出的結果一致。以上結論都反映了AIS感覺整合失衡后，多感覺系統在中樞神經系統的整合下進行新的權重配比所表現在局部肌肉激活序列的倒置與整體上姿勢與運動控制異常的特點[24]。然而，這種本體感覺異常造成的中樞整合代償的現象，似乎主要是發生在青少年而非成年人。LAMBERT等[25]關于蝌蚪和成年草蛙單側迷路切除的試驗就很好得提示了這一點，即蝌蚪發生明顯的脊柱側凸畸形，而成年草蛙姿勢恢復和骨骼沒有明顯變形。這可能與草蛙生長發育生存的環境從水里過渡到陸地之后，本體感覺系統的充分強化及神經系統的發育成熟可以更好地調整原有的感覺失衡問題，使得成年草蛙的姿勢形態發生異常的概率減少。但也不代表AIS的發生不會出現在成年人，畢竟AIS 的形成受多種內外環境的影響，不利于脊柱正常發展的環境因素將有可能使得原本的脊柱失衡問題更加明顯，瞿璐[26]在探究藝術體操運動對于專項運動員AIS的影響時也提出了相應的觀點。當然，未來也需要更多的隨機對照試驗來求證這一流行病規律以及探究其背后的原因。

3 本體感覺系統異常將伴隨AIS發展進程進一步惡化

如上所述，AIS患者存在于人體軀干姿勢反射的環路中，感覺系統失衡已被許多學者認為是先行于生物力學結構造成AIS姿勢不良的重要因素[27]。然而，在這種持續性脊柱姿勢異常形成后，并不意味著AIS形態與功能上的穩態，因為已經形成的異常對線的過程中，有的不僅是組織力學特性長久的適應性改變，還包含了這種脊柱適應性代償中本體感覺系統失衡的進一步惡化，這在脊柱椎旁肌的功能上有很直接的體現。

目前，針對AIS患者肌肉功能的研究主要圍繞著穩定脊柱的椎旁肌展開，而椎旁肌的功水平不僅反映的是作為人體姿勢反射弧中效應器的生物力學功能而已，還承擔著將局部本體信息反饋給中樞進行感覺重整的重要工作。因此，椎旁肌的功能表現也正是本體感覺系統運行能力的直觀體現。對于AIS的患者而言，持續性的不良姿勢構成了不同程度上的穩定但錯誤的神經可塑性[28]。這將導致AIS脊柱相關肌群在持續反饋給中樞異常的本體信號時，中樞將在一定程度上失去準確調整外周感覺差異的能力，即錯誤的神經可塑性有可能誘導中樞神經系統作出錯誤的感覺權重分配[29]，從而輸出錯誤的姿勢控制模式。可想而知，如果錯誤的本體輸入無法被及時調解，AIS的姿勢將很難恢復，而且這種以本體感覺為主的多種感覺系統失衡甚至還可能進一步加重。

國內外學者們在關于AIS形成后的椎旁肌特點的研究中發現了許多異于正常脊柱的本體感覺系統異常，主要涉及“組織力學與生理病理”及“基因與分子生物學”2個層面的特點。

在組織力學與生理病理層面，報道了AIS椎旁肌失衡的相關特點[30]，主要表現為：(1)AIS凹凸側椎旁肌纖維類型的分布特點。AIS患者椎旁肌Ⅰ型肌纖維相較對照組明顯增加，且Ⅱ型肌纖維相對萎縮，該現象在凸側更為明顯；(2)側彎嚴重程度與椎旁肌纖維類型的關系。AIS脊柱側彎的嚴重程度可能與凸側椎旁肌Ⅰ型肌纖維含量呈正相關[31]；(3)AIS椎旁肌凹凸側肌電信號差異。凸側的肌電信號的募集程度明顯高于凹側，且在等長收縮時脊柱凸側椎旁肌的均方根值高于凹側[32]；(4)AIS兩側椎旁肌肉形態差異。凹側肌肉中膠原蛋白含量更多[33]，表現出來的肌張力、僵硬度明顯大于凸側[34]，且與Cobb密切相關[35]；(5)AIS椎間盤機械剛度降低及纖維環變性，被認為是脊柱側彎形成后由于力學因素改變而繼發形成的，而非原發性的病因[26,36-37]。

另外，在基因與分子生物學層面，調解椎旁肌體積發育的易感基因PAX3[38]、調整脊柱曲度發展的修飾基因TGFB1[39]及對肌肉質量至關重要的轉錄因子LBX1基因[40]，都被學者們證實與AIS的發生高度相關。再者，軟骨細胞分化中起重要作用的轉錄因子SOX9，其表達減少也會導致嚴重的脊柱側彎和進行性椎間盤退變，且隨著患者年齡的增長，退變的嚴重程度增加[41]。

這些結論說明了AIS可能形成后脊柱兩側椎旁肌不同層面的組織特點，且隨著脊柱側彎程度的增加，變化趨勢有增無減，也反映了AIS形成后這些肌肉功能異常對應的本體感覺系統呈進一步惡化的趨勢。

4 本體感覺再學習將有助于改善AIS

如果錯誤的本體輸入無法被及時調解，AIS的姿勢和運動都將很難恢復。根據運動功能再獲得的規律途徑，本體感覺的輸入是否正確是能否產生預期運動的先決條件[24]。這一點在SMANIA等[42]和MATUSSEK等[43]學者的研究中已得到了很好的論證，表明通過增強對身體的本體感知能力是確保脊柱側凸患者軀干運動和姿勢控制正常化的第一步，且在神經肌肉脊柱側凸和潛在系統疾病的保守治療中，通過改變觸發區，改變壓力方向和關節角度，以及對肢體施加阻力的反射運動，都能夠起到增加本體感覺輸入，激活先天性的運動模式，提高AIS患者對姿勢的控制力。因此，重視AIS患者本體感覺異常的糾正意義重大，有其他學者也確實證實了這一點[44]。

縱觀如今主流的AIS特異性綜合訓練體系，主要是基于對AIS關節位置和肌肉功能的改變來實現本體感覺系統再學習的目的，包括Schroth運動療法[45]、脊柱側凸的功能性個體治療(FITS)、脊柱側凸的科學鍛煉方法(SEAS)及側移運動方法等，另外一些輔助類治療，比如輔具(如支具固定、矯形鞋墊)、針灸、徒手技術(如關節整復與肌肉推拿)、功能性電刺激、脊柱核心訓練[44]等在AIS 中的運用，雖然不是直接與本體感覺相關的感官刺激療法，但就其部分的作用原理來看，與局部本體感覺信息的改變仍存在不可分割的聯系。例如，支具固定在AIS的保守治療中十分常見，像是一種對應脊柱姿勢的生物力學糾正裝置，然而同樣也是一種持續感官刺激的工具，即在幫助局部組織適應新的力學環境的同時，也在持續得向中樞反饋新的本體感覺信息，從而加快中樞正確可塑性的突觸連接形成，糾正脊柱側彎[42]。

然而，也并不是所有研究都指向本體感覺干預對于AIS存在正向反饋的，例如同樣是可以改變本體感覺輸入的矯形鞋墊，在部分研究認可其改善AIS 功能的同時，一些研究卻認為矯形鞋墊無法改善輕微AIS患者的脊柱側凸角度[46]。MüLLER-GLIEMANN等[47]的研究也同樣未觀察到本體感受性鞋墊對于整個身體穩態運動控制和平衡的影響。其原因可能有以下幾點：(1)造成AIS的可能病因除了本體感覺系統異常外，還有可能來自AIS神經肌肉控制的其他環節，甚至合并來自遺傳學、生存環境、荷爾蒙、生物化學等其他層面[2]，故在試驗前期納入樣本時若未進行病因方面的篩查與分組，則樣本中由于本體感覺異常造成的AIS患者的比例就有可能影響試驗結果，即通過矯形鞋墊改善非本體感覺障礙類脊柱側彎的可能性就較小；(2)不同AIS患者本體感覺異常存在的形式不盡相同，若部分AIS患者踝足處本體感覺的異常并非造成AIS的關鍵信息，相反，有可能是AIS形成后繼發形成的錯誤本體感覺，那么矯形鞋墊對于踝足本體感覺的輸入糾正可能并不能對該類AIS 患者的功能改善有太大幫助。

綜上所述，本體感覺系統異常可能會造成AIS，且會隨著AIS 的進一步發展而惡化。對于本體感覺系統之于AIS 的這種重要性，臨床上圍繞AIS本體感覺系統再學習的保守干預方式也被認為有利于AIS 功能的恢復。無論是出于對臨床康復方案的考慮，還是對于研究中試驗科學性的考慮，AIS保守治療的相關研究建議應更加注重AIS可能病因的探索及對應評估體系的建立，只有相對清晰地認識到樣本中形成AIS可能的條件因素，才有可能探究更有針對性的治療方案，并加以有效論證。臨床AIS診治工作也一樣，所有治療都應圍繞著患者發生AIS 的可能病因展開，許多現有的特異性脊柱側彎綜合康復技術也并不能稱得上是足夠完整的治療體系，還需要圍繞病因進行更有針對性的完善與拓展。隨把握好疾病本身形成的機制及治療方案的作用機制，才能指導臨床用更科學高效的治療方法指導AIS患者的康復。