本體感覺對青少年特發(fā)性脊柱側(cè)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(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，浙江 杭州310016；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，浙江 杭州 310016；3.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，廣西 南寧 530000)

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎是指兒童生長發(fā)育過程中發(fā)生的脊柱三維形態(tài)畸形，占青少年脊柱畸形的90%，是中國最常見的脊柱側(cè)彎類型，且好發(fā)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(fā)病規(guī)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(xué)、生存環(huán)境、荷爾蒙、生物化學(xué)、脊柱生物力學(xué)、神經(jīng)學(xué)和生長發(fā)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(fā)生后繼發(fā)的異常表現(xiàn)，目前尚未有明確定論。其中本體感覺系統(tǒng)異常作為AIS病因的探究格外受人關(guān)注。目前，大量證據(jù)表明本體感覺系統(tǒng)異常與AIS的形成有著密切聯(lián)系[7]，然而具體病理機制仍在探索階段。明確本體感覺系統(tǒng)在AIS發(fā)展中的意義，對建立更科學(xué)的AIS診治框架意義重大，因此有必要對現(xiàn)有的研究結(jié)果進行綜述。本文旨在歸納當(dāng)前AIS本體感覺系統(tǒng)最新進展，梳理AIS患者本體感覺系統(tǒng)特點并試圖解釋本體感覺系統(tǒng)促成AIS的可能機制。這將拓寬脊骨醫(yī)生和康復(fù)師對于AIS康復(fù)新的認(rèn)識，對于開展AIS患者本體感覺功能的臨床診療及開發(fā)新的康復(fù)策略意義重大。具體綜述如下。

1 本體感覺系統(tǒng)與AIS關(guān)聯(lián)的功能假設(shè)

本體感覺，被認(rèn)為是人體肌、腱、關(guān)節(jié)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(jīng)系統(tǒng)的感覺信息。事實上，本體感覺的感受器還涉及信號傳導(dǎo)動脈、肺和腸道擴張的受體[8]。因為本體感覺系統(tǒng)如此廣泛的分布及意義，被認(rèn)為是構(gòu)建身體地圖內(nèi)部表征最重要的感覺系統(tǒng)[9]，在大腦進行姿勢調(diào)整和運動決策計劃的過程中起到舉足輕重的驅(qū)動作用[10-12]。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，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(fā)因素。基于此，關(guān)于本體感覺系統(tǒng)的異常是否與AIS關(guān)聯(lián)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(jīng)肌肉控制系統(tǒng)的缺陷所造成的，而后在青少年生長時期隨著生物力學(xué)因素的改變而導(dǎo)致本體系統(tǒng)進一步惡化[13]。

2 本體感覺系統(tǒng)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(guān)聯(lián)性已經(jīng)被許多研究持續(xù)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(fā)電位檢查發(fā)現(xiàn)：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(cè)彎患者未發(fā)現(xiàn)類似異常。這提示了本體感覺系統(tǒng)異常可能是AIS獨有，然而由于該研究未設(shè)計誘導(dǎo)脊柱側(cè)彎的前后對照模型，無法說明本體感覺系統(tǒng)異常是AIS病因。關(guān)于本體感覺異常究竟是導(dǎo)致AIS的病因還是AIS的繼發(fā)性表現(xiàn)，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(fā)性脊柱側(cè)彎的病因之一，國內(nèi)外學(xué)者嘗試對正常小鼠本體感受器進行干擾，希望誘導(dǎo)小鼠發(fā)生類似脊柱側(cè)彎的形態(tài)變化[16-17]。例如本體感覺系統(tǒng)調(diào)節(jié)因子Runx3或Egr3的分別敲除[17]導(dǎo)致的小鼠類似脊柱側(cè)彎模型成功建立，以及調(diào)節(jié)本體感覺神經(jīng)元機械轉(zhuǎn)導(dǎo)的機械敏感性離子通道蛋白Piezo2[18]在本體感受神經(jīng)元中的敲除導(dǎo)致的脊柱排列不齊和髖關(guān)節(jié)發(fā)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(guān)，且提示Runx3、Egr3及Piezo2[18]的突變將有可能與本體感覺系統(tǒng)異常造成AIS的分子機制有關(guān)。

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(xué)者發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)AIS相比對照組，更依賴于踝關(guān)節(jié)本體感覺來控制靜態(tài)平衡，而卻在動態(tài)平衡的維持中表現(xiàn)出相比正常人更多的失衡。這與 LE BERRE等[20]學(xué)者的結(jié)論一致，提示了AIS的動態(tài)本體感覺系統(tǒng)紊亂更為嚴(yán)重，這可能與AIS動態(tài)本體感覺的輸入及中樞整合不成熟有關(guān)，而不是靜態(tài)本體感覺通路的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，AIS的本體感覺異常不只體現(xiàn)在感受器以及傳導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，AIS患者的中樞感覺權(quán)重調(diào)整系統(tǒng)運作效率較低，其負(fù)責(zé)驅(qū)動足部肌腱振動(踝關(guān)節(jié)肌肉的本體感覺)的速度可能較對照組反應(yīng)更慢，而對于髖策略的啟動與調(diào)用頻率相對較高。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，AIS患者在動態(tài)平衡過程中頭部的晃動增加，提示前庭系統(tǒng)更多地參與了姿勢控制。這與PIALASSE等[23]的試驗得出的結(jié)果一致。以上結(jié)論都反映了AIS感覺整合失衡后，多感覺系統(tǒng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整合下進行新的權(quán)重配比所表現(xiàn)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?shù)默F(xiàn)象，似乎主要是發(fā)生在青少年而非成年人。LAMBERT等[25]關(guān)于蝌蚪和成年草蛙單側(cè)迷路切除的試驗就很好得提示了這一點，即蝌蚪發(fā)生明顯的脊柱側(cè)凸畸形，而成年草蛙姿勢恢復(fù)和骨骼沒有明顯變形。這可能與草蛙生長發(fā)育生存的環(huán)境從水里過渡到陸地之后，本體感覺系統(tǒng)的充分強化及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育成熟可以更好地調(diào)整原有的感覺失衡問題，使得成年草蛙的姿勢形態(tài)發(fā)生異常的概率減少。但也不代表AIS的發(fā)生不會出現(xiàn)在成年人，畢竟AIS 的形成受多種內(nèi)外環(huán)境的影響，不利于脊柱正常發(fā)展的環(huán)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(shù)體操運動對于專項運動員AIS的影響時也提出了相應(yīng)的觀點。當(dāng)然，未來也需要更多的隨機對照試驗來求證這一流行病規(guī)律以及探究其背后的原因。

3 本體感覺系統(tǒng)異常將伴隨AIS發(fā)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(huán)路中，感覺系統(tǒng)失衡已被許多學(xué)者認(rèn)為是先行于生物力學(xué)結(jié)構(gòu)造成AIS姿勢不良的重要因素[27]。然而，在這種持續(xù)性脊柱姿勢異常形成后，并不意味著AIS形態(tài)與功能上的穩(wěn)態(tài)，因為已經(jīng)形成的異常對線的過程中，有的不僅是組織力學(xué)特性長久的適應(yīng)性改變，還包含了這種脊柱適應(yīng)性代償中本體感覺系統(tǒng)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(xiàn)。

目前，針對AIS患者肌肉功能的研究主要圍繞著穩(wěn)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(yīng)器的生物力學(xué)功能而已，還承擔(dān)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(xiàn)也正是本體感覺系統(tǒng)運行能力的直觀體現(xiàn)。對于AIS的患者而言，持續(xù)性的不良姿勢構(gòu)成了不同程度上的穩(wěn)定但錯誤的神經(jīng)可塑性[28]。這將導(dǎo)致AIS脊柱相關(guān)肌群在持續(xù)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(zhǔn)確調(diào)整外周感覺差異的能力，即錯誤的神經(jīng)可塑性有可能誘導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)作出錯誤的感覺權(quán)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(diào)解，AIS的姿勢將很難恢復(fù)，而且這種以本體感覺為主的多種感覺系統(tǒng)失衡甚至還可能進一步加重。

國內(nèi)外學(xué)者們在關(guān)于AIS形成后的椎旁肌特點的研究中發(fā)現(xiàn)了許多異于正常脊柱的本體感覺系統(tǒng)異常，主要涉及“組織力學(xué)與生理病理”及“基因與分子生物學(xué)”2個層面的特點。

在組織力學(xué)與生理病理層面，報道了AIS椎旁肌失衡的相關(guān)特點[30]，主要表現(xiàn)為：(1)AIS凹凸側(cè)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(xiàn)象在凸側(cè)更為明顯；(2)側(cè)彎嚴(yán)重程度與椎旁肌纖維類型的關(guān)系。AIS脊柱側(cè)彎的嚴(yán)重程度可能與凸側(cè)椎旁肌Ⅰ型肌纖維含量呈正相關(guān)[31]；(3)AIS椎旁肌凹凸側(cè)肌電信號差異。凸側(cè)的肌電信號的募集程度明顯高于凹側(cè)，且在等長收縮時脊柱凸側(cè)椎旁肌的均方根值高于凹側(cè)[32]；(4)AIS兩側(cè)椎旁肌肉形態(tài)差異。凹側(cè)肌肉中膠原蛋白含量更多[33]，表現(xiàn)出來的肌張力、僵硬度明顯大于凸側(cè)[34]，且與Cobb密切相關(guān)[35]；(5)AIS椎間盤機械剛度降低及纖維環(huán)變性，被認(rèn)為是脊柱側(cè)彎形成后由于力學(xué)因素改變而繼發(fā)形成的，而非原發(fā)性的病因[26,36-37]。

另外，在基因與分子生物學(xué)層面，調(diào)解椎旁肌體積發(fā)育的易感基因PAX3[38]、調(diào)整脊柱曲度發(fā)展的修飾基因TGFB1[39]及對肌肉質(zhì)量至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子LBX1基因[40]，都被學(xué)者們證實與AIS的發(fā)生高度相關(guān)。再者，軟骨細(xì)胞分化中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子SOX9，其表達(dá)減少也會導(dǎo)致嚴(yán)重的脊柱側(cè)彎和進行性椎間盤退變，且隨著患者年齡的增長，退變的嚴(yán)重程度增加[41]。

這些結(jié)論說明了AIS可能形成后脊柱兩側(cè)椎旁肌不同層面的組織特點，且隨著脊柱側(cè)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(yīng)的本體感覺系統(tǒng)呈進一步惡化的趨勢。

4 本體感覺再學(xué)習(xí)將有助于改善AIS

如果錯誤的本體輸入無法被及時調(diào)解，AIS的姿勢和運動都將很難恢復(fù)。根據(jù)運動功能再獲得的規(guī)律途徑，本體感覺的輸入是否正確是能否產(chǎn)生預(yù)期運動的先決條件[24]。這一點在SMANIA等[42]和MATUSSEK等[43]學(xué)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(cè)凸患者軀干運動和姿勢控制正常化的第一步，且在神經(jīng)肌肉脊柱側(cè)凸和潛在系統(tǒng)疾病的保守治療中，通過改變觸發(fā)區(qū)，改變壓力方向和關(guān)節(jié)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(xué)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(xùn)練體系，主要是基于對AIS關(guān)節(jié)位置和肌肉功能的改變來實現(xiàn)本體感覺系統(tǒng)再學(xué)習(xí)的目的，包括Schroth運動療法[45]、脊柱側(cè)凸的功能性個體治療(FITS)、脊柱側(cè)凸的科學(xué)鍛煉方法(SEAS)及側(cè)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(shù)(如關(guān)節(jié)整復(fù)與肌肉推拿)、功能性電刺激、脊柱核心訓(xùn)練[44]等在AIS 中的運用，雖然不是直接與本體感覺相關(guān)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?nèi)源嬖诓豢煞指畹穆?lián)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(yīng)脊柱姿勢的生物力學(xué)糾正裝置，然而同樣也是一種持續(xù)感官刺激的工具，即在幫助局部組織適應(yīng)新的力學(xué)環(huán)境的同時，也在持續(xù)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(cè)彎[42]。

然而，也并不是所有研究都指向本體感覺干預(yù)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(rèn)可其改善AIS 功能的同時，一些研究卻認(rèn)為矯形鞋墊無法改善輕微AIS患者的脊柱側(cè)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(wěn)態(tài)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(tǒng)異常外，還有可能來自AIS神經(jīng)肌肉控制的其他環(huán)節(jié)，甚至合并來自遺傳學(xué)、生存環(huán)境、荷爾蒙、生物化學(xué)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(jié)果，即通過矯形鞋墊改善非本體感覺障礙類脊柱側(cè)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(guān)鍵信息，相反，有可能是AIS形成后繼發(fā)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(tǒng)異常可能會造成AIS，且會隨著AIS 的進一步發(fā)展而惡化。對于本體感覺系統(tǒng)之于AIS 的這種重要性，臨床上圍繞AIS本體感覺系統(tǒng)再學(xué)習(xí)的保守干預(yù)方式也被認(rèn)為有利于AIS 功能的恢復(fù)。無論是出于對臨床康復(fù)方案的考慮，還是對于研究中試驗科學(xué)性的考慮，AIS保守治療的相關(guān)研究建議應(yīng)更加注重AIS可能病因的探索及對應(yīng)評估體系的建立，只有相對清晰地認(rèn)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(yīng)圍繞著患者發(fā)生AIS 的可能病因展開，許多現(xiàn)有的特異性脊柱側(cè)彎綜合康復(fù)技術(shù)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(dǎo)臨床用更科學(xué)高效的治療方法指導(dǎo)AIS患者的康復(fù)。