嬰幼兒跑步機(jī)訓(xùn)練的神經(jīng)可塑性機(jī)制與臨床應(yīng)用

陸春梅 黃正華 邵肖梅 嚴(yán) 愷 周文浩

WHO《國際功能、殘疾和健康分類(兒童和青少年版)》將運(yùn)動發(fā)育延遲描述為發(fā)育里程碑延遲，其最常見的原因就是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的典型發(fā)展和功能改變［9］。目前英國兒童唐氏綜合征(DS)的比例為 1/1 000，美國為1/800［10］。早產(chǎn)的發(fā)生率，歐洲 6．2%，澳大利亞 6．4%，北美洲11%～12%［11］。嬰兒腦癱(CP)發(fā)生率每1 000個(gè)活產(chǎn)嬰兒中1．5～2例［11］。在嬰兒期影響運(yùn)動發(fā)育的疾病包括中重度的精神發(fā)育遲滯、DS、CP、脊柱裂和其他神經(jīng)肌肉疾病［2］。此外，伴有腦損傷高危因素的新生兒也是發(fā)生CP和運(yùn)動發(fā)育落后的高危群體，如早產(chǎn)兒腦室周白質(zhì)軟化、顱內(nèi)出血、缺氧缺血性腦病(HIE)、低血糖、膽紅素腦病、腦梗死和多種先天性畸形或遺傳代謝性疾病等，這些疾病下發(fā)展成CP的機(jī)制尚未完全明確［12］。研究認(rèn)為，早期輔以高質(zhì)量的物理治療是改善這些患兒運(yùn)動發(fā)育的關(guān)鍵［13，14］。為了最大限度地影響神經(jīng)可塑性(神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化)，任何訓(xùn)練都必須在發(fā)育早期進(jìn)行，并且要有針對性地讓兒童掌握特異性任務(wù)［15］。這種任務(wù)特異性是有神經(jīng)科學(xué)原理證據(jù)支持的［16］。

大腦的可塑性在早期神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中特別明顯［17～19］。大腦的可塑性對于既往經(jīng)驗(yàn)的依賴以及活動的依賴都已在人類神經(jīng)系統(tǒng)中得到了證實(shí)［20，21］。同樣，患兒早期通過控制身體姿勢可影響神經(jīng)可塑性也已得到證實(shí)［22，23］。當(dāng)然，各類早期干預(yù)有效的前提之一是該患兒具備神經(jīng)可塑能力。雖然在運(yùn)動領(lǐng)域內(nèi)的最佳干預(yù)窗口期尚不清楚，但如果要將遠(yuǎn)期的神經(jīng)發(fā)育不良影響降到最低，有研究認(rèn)為早期訓(xùn)練患兒實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走可視作是一種有效干預(yù)［24］。跑步機(jī)訓(xùn)練屬物理治療措施，用以增強(qiáng)運(yùn)動能力［25，26］。最早提示跑步機(jī)可以對神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的干預(yù)起作用是源于動物研究，成年貓?jiān)诩顾柰耆珦p傷后，通過訓(xùn)練能夠重新獲得步態(tài)技能［27，28］。自此，自主運(yùn)動和跑步干預(yù)在人類和動物模型中開始被特別關(guān)注，用以觀察運(yùn)動是如何激發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和功能改變［29，30］。

1 嬰兒步態(tài)發(fā)育過程

越來越多的研究開始重新考慮嬰兒的行為發(fā)展模式與過程，認(rèn)為嬰兒行為發(fā)育是先天和后天因素之間相互作用的結(jié)果，與后天行為方式的選擇不無關(guān)聯(lián)［31～34］。為了了解步態(tài)的發(fā)展，需要明確從圍生期到獨(dú)立步行的腿部協(xié)調(diào)性在發(fā)育上發(fā)生的變化。這一過程復(fù)雜但至關(guān)重要，以下研究顯示嬰兒從踏步反射至步態(tài)發(fā)育時(shí)間上的個(gè)體差異，以及同一嬰兒在重復(fù)反應(yīng)上的變異性。

1．1 新生兒期 新生兒期間主要存在踏步反射，表現(xiàn)為腿的屈伸交替，單純從行為或更加微觀層面上去分析這種交替動作，會發(fā)現(xiàn)動作的可重復(fù)性較弱。文獻(xiàn)表明，70%～84%的健康新生兒通過觸覺刺激可引發(fā)類似踩踏臺階的反射活動［35，36］。出現(xiàn)單側(cè)連續(xù)空中踏步反射的新生兒，這一比例將降至25%［36］。新生兒對這種外界刺激的反應(yīng)，是在中樞模式發(fā)生器控制下肢體的幾種動作協(xié)調(diào)模式;或選擇只移動一條腿;或選擇同時(shí)移動兩條腿;或交替。De Vries等［37］在1983年就提出，胎兒在宮內(nèi)就存在對刺激的踏步反射。當(dāng)新生兒受外界刺激后，踏步反應(yīng)的頻率較低，認(rèn)為該新生兒處于低水平覺醒狀態(tài)［38，39］。即使新生兒在最佳覺醒狀態(tài)時(shí)，這種踏步反射頻率在個(gè)體間的變異性也是很高的［40］。新生兒時(shí)期的踏步反射是步態(tài)發(fā)育最初始的階段，研究表明，踏步反射并不像其他原始反應(yīng)是自動激發(fā)的(如擁抱反射)，而受覺醒水平及其他環(huán)境變化的影響，如聲光、疼痛和神經(jīng)元興奮性的變化，都可直接影響踏步反射的頻率與強(qiáng)度［41］。

1．2 1歲內(nèi)步態(tài)可塑性 新生兒的踏步反射在典型的誘發(fā)環(huán)境下只能觀察到2～3個(gè)月。想要詳細(xì)描述新生兒步態(tài)的發(fā)展軌跡，需要使用特定的情境來實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，Thelen是第1個(gè)發(fā)明兒童跑步機(jī)的人［42］，跑步機(jī)可提供比桌面環(huán)境更多的肢體感受信息(主要通過腿部伸展、肌肉和關(guān)節(jié)感受器)。影響交替步態(tài)的因素有很多，包括有節(jié)奏地交替雙腿的神經(jīng)運(yùn)動能力、足夠?qū)怪亓Φ耐炔苛α俊㈦p臂對支架的支撐力、跑步機(jī)皮帶傳動對足底的感覺輸入、足相對位置的重心改變以及關(guān)節(jié)和壓力感受器的作用等［43］。

Thelen和Ulrich基于動態(tài)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)了1項(xiàng)縱向研究，假設(shè)嬰幼兒行為發(fā)育中的新行為是由任務(wù)環(huán)境中多個(gè)條件的協(xié)作交互而產(chǎn)生的。發(fā)育中首選的行為模式被另一種新的行為模式所取代，這種轉(zhuǎn)變的發(fā)生從時(shí)間上來看是非線性的，但對轉(zhuǎn)變出現(xiàn)時(shí)間的具體預(yù)測有助于揭示發(fā)育的過程。9例正常嬰兒從校正胎齡1個(gè)月后開始，每個(gè)月進(jìn)行2次跑步機(jī)測試，逐漸提高跑步機(jī)的速度，每條腿都由跑步機(jī)以不同的速度驅(qū)動。以錄像記錄結(jié)合運(yùn)動分析得到運(yùn)動變量，并收集人體測量指標(biāo)、Bayley運(yùn)動評分和每個(gè)月的行為情緒量表。發(fā)現(xiàn)新生兒至出生后1～2月齡時(shí)步態(tài)頻率較低，肢體間協(xié)調(diào)方式也不同。在所有踏步動作中，至少有40%的踏步是單側(cè)完成或雙側(cè)平行完成。因此，該階段肢體與神經(jīng)之間的信號傳輸并不協(xié)調(diào)［44］。

3～6個(gè)月嬰兒的步態(tài)反應(yīng)呈快速上升的坡度。嬰兒在調(diào)整速度和腿部的相對協(xié)調(diào)性方面也有了相應(yīng)的改善，交替踏步變得越來越穩(wěn)定，腿部的屈肌支配力逐漸減弱，使得腿部能夠在跑步機(jī)上向后伸展，引發(fā)兩側(cè)交替反應(yīng)。嬰兒跑步機(jī)提供了類似于直立運(yùn)動的環(huán)境，使嬰兒的多個(gè)感覺系統(tǒng)與運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)合起來，增強(qiáng)肌肉和骨骼的力量以及神經(jīng)控制。3～4月齡時(shí)，隨著嬰兒體格及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，嬰兒在跑臺上與支撐面發(fā)生最佳接觸的次數(shù)逐漸增多，步態(tài)頻率和交替的步數(shù)百分比開始穩(wěn)步增加。當(dāng)嬰兒個(gè)體的體重增加時(shí)，腿部更容易跟隨跑步機(jī)的傳動帶。

第三，房屋拆遷空間信息的可視化。本研究中所設(shè)計(jì)的測繪系統(tǒng)，其充分利用了地理信息系統(tǒng)（GIS），不僅實(shí)現(xiàn)了管理的快捷性，更能夠顯示矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的功能。

6～7個(gè)月嬰兒在大部分時(shí)間里都可產(chǎn)生交替步態(tài)，并可在跑步機(jī)輔助下直立支撐。在環(huán)境的刺激下(給予跑步機(jī)訓(xùn)練)，嬰兒發(fā)育往往會有出人意料的結(jié)果，這一事實(shí)更加支持神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自適應(yīng)下的可塑性。研究人員將跑步機(jī)的傳送帶速度設(shè)置為從快到慢，嬰兒會逐漸適應(yīng)并繼續(xù)前進(jìn)［45］。當(dāng)傳送皮帶方向逆轉(zhuǎn)時(shí)，嬰兒還可能因刺激方向的改變而出現(xiàn)“后退”，甚至當(dāng)跑臺出現(xiàn)左右水平上的傾斜時(shí)，嬰兒會表現(xiàn)出相應(yīng)的側(cè)身趨勢，盡管表現(xiàn)得并不太理想，但還是會做出自適應(yīng)的行為轉(zhuǎn)變。這種步態(tài)特征表明，行為是由主動神經(jīng)輸入和生物力學(xué)(受重力影響，腿部旋轉(zhuǎn))共同作用的結(jié)果［46］。Thelen認(rèn)為，獨(dú)立行走前的嬰兒獲得支撐后，在機(jī)動跑步機(jī)上可以較好地完成交替踏步動作，在運(yùn)動學(xué)上類似于直立的兩足行走。這種行為是獨(dú)立行走的一個(gè)組成部分，不在跑步機(jī)輔助下是較難識別的。研究證明，7月齡嬰兒容易對跑步機(jī)的環(huán)境做出反應(yīng)，產(chǎn)生交替步態(tài)(在跑步刺激總時(shí)間中占高比例)［42］。

2 步態(tài)刺激的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制

跑步機(jī)刺激引起運(yùn)動發(fā)育變化的潛在神經(jīng)元機(jī)制(如神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)回路)與神經(jīng)營養(yǎng)因子水平的激活上調(diào)、神經(jīng)元的增殖、神經(jīng)元之間新的突觸連接形成、突觸前與突觸后的神經(jīng)調(diào)制(傳遞神經(jīng)元興奮的信號強(qiáng)度變化)和新的神經(jīng)血管生成均有關(guān)，這些可塑性機(jī)制在嬰兒早期發(fā)育過程中尤為活躍，是當(dāng)前運(yùn)動學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)［47，48］。

圍生期缺氧缺血性損傷是引起新生兒腦病發(fā)病率和死亡率升高的常見原因，黑質(zhì)和紋狀體是易損部位。Park等［49］研究了跑步機(jī)訓(xùn)練對HIE大鼠紋狀體和黑質(zhì)的多巴胺神經(jīng)元和神經(jīng)纖維存活的影響。在大鼠出生后第7 d，將左側(cè)頸總動脈結(jié)扎2 h，隨后暴露于缺氧條件下1 h。實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練組大鼠在HIE誘導(dǎo)損傷后第22 d進(jìn)行跑步機(jī)訓(xùn)練，每天1次，每次30 min，共持續(xù)12周。在最后一次跑步機(jī)訓(xùn)練后，采用Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)測定大鼠的空間學(xué)習(xí)能力。應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法分析紋狀體和黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元和神經(jīng)纖維的活性。結(jié)果顯示，HIE導(dǎo)致了大鼠紋狀體和黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元和多巴胺能纖維的凋亡與減少，惡化了空間學(xué)習(xí)能力。跑步機(jī)訓(xùn)練能延緩并改善HIE對黑質(zhì)與紋狀體的多巴胺能神經(jīng)元的破壞，提高大鼠HIE誘導(dǎo)后的空間學(xué)習(xí)能力。

Choi等［50］研究了低強(qiáng)度跑步機(jī)運(yùn)動對缺氧缺血后大鼠的海馬感覺運(yùn)動功能及其神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的影響。HIE大鼠模型制造同文獻(xiàn)［49］。運(yùn)動組大鼠在HIE誘導(dǎo)后22 d開始，每天用電動跑步機(jī)進(jìn)行30 min的跑步訓(xùn)練，連續(xù)10 d。低強(qiáng)度的運(yùn)動負(fù)荷參數(shù)為:速度2 m·min－1，跑臺0傾斜度。非運(yùn)動組的大鼠在運(yùn)動組跑步的同一時(shí)間置于跑臺上但不跑步。感覺運(yùn)動功能采用步態(tài)引發(fā)試驗(yàn)檢測，用末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP末端標(biāo)記法(TUNEL)和半胱天冬酶-3(caspase-3)免疫組織化學(xué)染色法來檢測細(xì)胞凋亡。誘導(dǎo)缺氧缺血性腦損傷增加了海馬齒狀回DNA斷裂和caspase-3的表達(dá)，而跑步機(jī)運(yùn)動減少了DNA斷裂，并使caspase-3表達(dá)降低，抑制海馬細(xì)胞凋亡，并保留缺氧缺血損傷大鼠幼鼠的感覺運(yùn)動功能。新生兒缺氧缺血性腦損傷后早期短時(shí)跑步機(jī)刺激，可能為腦損傷并發(fā)癥的恢復(fù)提供了一種有效的治療策略。

另1項(xiàng)研究顯示，中高強(qiáng)度的間歇性劇烈運(yùn)動可防止應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠的神經(jīng)退行性行為。Lee等［51］研究中總共40只小鼠被平均分為對照組、應(yīng)激組、中度運(yùn)動組和高強(qiáng)度運(yùn)動組。應(yīng)激組小鼠長期暴露于束縛應(yīng)激(10 h·d－1，每周6 d，共7周)。運(yùn)動組小鼠每周3次在跑步機(jī)上進(jìn)行中等強(qiáng)度訓(xùn)練。認(rèn)知測試采用Morris水迷宮測試和物體識別測試，發(fā)現(xiàn)慢性應(yīng)激降低了小鼠模型的認(rèn)知能力，特別是降低了腦白質(zhì)海馬區(qū)新生細(xì)胞的存活率和血管密度。然而，規(guī)律性的高強(qiáng)度和中度運(yùn)動均防止了認(rèn)知功能的下降，提高了新生細(xì)胞存活率和血管密度。這些結(jié)果表明，間歇性中高強(qiáng)度運(yùn)動可預(yù)防類似于神經(jīng)退行及腦白質(zhì)區(qū)域功能的下降，運(yùn)動與中樞神經(jīng)新生細(xì)胞的存活和海馬血管的形成密切相關(guān)。

Pak等［52］將跑步機(jī)訓(xùn)練和電針相結(jié)合，觀察聯(lián)合刺激是否可激活白質(zhì)區(qū)少突膠質(zhì)細(xì)胞，從而改善腦性癱瘓樣大鼠的運(yùn)動和記憶障礙行為。研究用生后7 d的SD大鼠建立新生大鼠缺氧缺血再灌注模型，于缺氧誘導(dǎo)后3～5周進(jìn)行電針刺激和/或跑步機(jī)訓(xùn)練。行為測試顯示，單純跑步機(jī)訓(xùn)練可通過激活cAMP反應(yīng)元件Binging蛋白(CREB)增加新生的少突膠質(zhì)祖細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞，恢復(fù)腦內(nèi)胼胝體厚度，減輕腦損傷大鼠在圓柱體和被動回避試驗(yàn)中的運(yùn)動和記憶障礙。電針刺激同樣可增加胼胝體少突膠質(zhì)細(xì)胞中CREB的激活。電針刺激和跑步機(jī)訓(xùn)練聯(lián)合治療后，在干預(yù)組的圓柱體、旋轉(zhuǎn)步道和貓道試驗(yàn)中顯示出對少突膠質(zhì)細(xì)胞的協(xié)同作用，提升白質(zhì)區(qū)域的髓鞘堿性蛋白(MBP)水平，誘導(dǎo)促大腦皮質(zhì)成熟的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的表達(dá)。因此，聯(lián)合電針刺激和跑步機(jī)訓(xùn)練可通過參與少突膠質(zhì)細(xì)胞CREB/BDNF信號通路的上調(diào)來恢復(fù)缺氧缺血后新生鼠的髓鞘成分，改善運(yùn)動和記憶功能。

另一項(xiàng)相關(guān)研究顯示，在大鼠模型中，接受跑步機(jī)訓(xùn)練和電針刺激的干預(yù)組被動回避試驗(yàn)結(jié)果有顯著改善。免疫印跡分析顯示，HIE大鼠模型的對側(cè)腦室下區(qū)(SVZ)神經(jīng)元胞核(NeuN)2＇，3＇-環(huán)核苷酸 3＇-磷酸二酯酶(2＇，3＇-cyclicnucleotide 3＇-phosphodiesterase)和MBP表達(dá)顯著減少，但在跑步機(jī)訓(xùn)練和電針刺激組中這些生物標(biāo)志物的水平均明顯增加。免疫組化顯示，與HIE對照組相比，跑步機(jī)訓(xùn)練和電針刺激組的大鼠胼胝體厚度和MBP集成光密度(IOD)顯著增加，且兩種干預(yù)對MBP蛋白質(zhì)水平和IOD具有互相協(xié)同作用。跑步機(jī)訓(xùn)練和電針刺激組中，對側(cè)SVZ中溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)和BrdU/NeuN陽性細(xì)胞數(shù)顯著增加，且兩種干預(yù)對BrdU陽性細(xì)胞數(shù)也有協(xié)同作用［53］。

這些結(jié)果提示，跑步機(jī)訓(xùn)練和電針刺激是在缺氧缺血發(fā)生后通過上調(diào)腦白質(zhì)髓鞘相關(guān)成分和神經(jīng)形成來促進(jìn)中樞神經(jīng)的修復(fù)并影響運(yùn)動行為功能發(fā)育。因此，跑步機(jī)訓(xùn)練為新生兒HIE的神經(jīng)后遺癥(如CP)的運(yùn)動功能恢復(fù)提供了另一種治療選擇。

3 嬰幼兒跑步機(jī)參數(shù)及在各類疾病中的應(yīng)用

嬰幼兒跑步機(jī)訓(xùn)練，作為一種旨在改善兒童神經(jīng)發(fā)育的干預(yù)措施，在預(yù)防運(yùn)動發(fā)育遲緩、促進(jìn)認(rèn)知和社會功能發(fā)展、提高步態(tài)協(xié)調(diào)性和促進(jìn)生物力學(xué)功能恢復(fù)等方面已顯示出潛在益處，逐漸被越來越多的學(xué)者所接受［54］。導(dǎo)致獨(dú)立行走延遲的疾病(腦損傷、DS和CP等)存在不同的內(nèi)在特征，跑步機(jī)訓(xùn)練的最適宜速度以及對患兒的遠(yuǎn)期預(yù)后是否有效是最重要的觀察指標(biāo)。

3．1 參數(shù) 有學(xué)者［55］觀察了嬰兒在跑步機(jī)傳動帶上不同速度的步態(tài)表現(xiàn)。校正胎齡7～12個(gè)月的28名嬰兒以0．06～2．36 m·s－1的速度踩在跑步機(jī)上，通過改變步長和頻率來適應(yīng)大范圍的速度調(diào)整。嬰兒會隨著跑步機(jī)速度的提高出現(xiàn)雙腿懸空，減少與傳動皮帶接觸。成年人可在改變速度后向跑步步態(tài)過渡，但嬰兒并未做出類似改變。表明嬰兒的不同性質(zhì)與交替的步態(tài)模式表達(dá)，可能需要神經(jīng)肌肉成熟和獨(dú)立步行后的自我學(xué)習(xí)。

Siekerman等［56］認(rèn)為，不同的跑步機(jī)速度設(shè)定可以調(diào)整新生兒的踏步特征，并假設(shè)將新生兒喚醒可以增加踏步頻率。1項(xiàng)病例系列報(bào)告，從婦產(chǎn)醫(yī)院招募了21例順產(chǎn)的新生兒，平均體重為3 255 g，胎齡為39．5周，生后平均年齡3 d，在進(jìn)食和覺醒、無哭鬧的狀態(tài)下進(jìn)行測試。測試時(shí)由實(shí)驗(yàn)員用雙手支撐新生兒的腋下進(jìn)行。選擇了4種跑步機(jī)速度(cm·s－1):傳動帶處于靜止?fàn)顟B(tài)、慢速(13．40)、中速(17．24)和快速(23．36)，每種速度任意抽取4例新生兒進(jìn)行60 s測試。結(jié)果顯示，中速時(shí)新生兒踏步產(chǎn)生的步長(0．26 cm)、踏步頻率(每秒 0．102 步)和踏 步協(xié)調(diào)性(43．65%)均為最大。快速時(shí)具有最短的踏步周期(1．685 s)。由此認(rèn)為，新生兒跑步機(jī)可促進(jìn)新生兒的踏步運(yùn)動，并建議有發(fā)育遲緩風(fēng)險(xiǎn)的嬰兒，在出生時(shí)即使用跑步機(jī)訓(xùn)練促進(jìn)運(yùn)動發(fā)育。研究也提出，需要開展應(yīng)用于高危新生兒的研究來確定跑步機(jī)的參數(shù)設(shè)定及臨床價(jià)值。

一項(xiàng)來自中國臺灣的病例系列報(bào)告［57］，研究對象包括29例早產(chǎn)兒和20例足月兒，校正胎齡7個(gè)月開始進(jìn)行每2個(gè)月1次的跑步機(jī)測試，直至?xí)孕行凶邽橹够蛐Ｕ挲g18個(gè)月，同時(shí)分析完成獨(dú)立行走的關(guān)鍵因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，早產(chǎn)兒的行走年齡要比足月嬰兒晚接近2個(gè)月。多因素回歸分析，影響?yīng)毩⑿凶邥r(shí)間的主要因素為步態(tài)特征。7～9個(gè)月的校正年齡、交替步態(tài)比例、髖膝協(xié)調(diào)比例、髖踝協(xié)調(diào)比例和不對稱步態(tài)比例均與獨(dú)立步行的開始年齡相關(guān)。出現(xiàn)4個(gè)步態(tài)特征中的3個(gè)(交替步態(tài)≥80%，髖膝協(xié)調(diào)≤0．37，髖踝協(xié)調(diào)≥0．73，站立時(shí)間≤1．40 s)，75% ～77%準(zhǔn)確預(yù)測了研究對象在校正年齡11個(gè)月開始獨(dú)立行走。如在7個(gè)月或9個(gè)月的校正年齡未能達(dá)到上述4個(gè)步態(tài)指標(biāo)，72%～98%準(zhǔn)確預(yù)測了可能要到校正年齡15個(gè)月才可實(shí)現(xiàn)自主獨(dú)立行走。研究結(jié)論的啟示在于，發(fā)現(xiàn)了可用于預(yù)測獨(dú)立行走時(shí)間的相關(guān)步態(tài)特征。但該研究的局限性在于，研究并未針對任何可能影響神經(jīng)發(fā)育結(jié)局的疾病，也未隨訪預(yù)后結(jié)局，只是單純地分析了研究對象的步態(tài)特征，無法指導(dǎo)臨床干預(yù)。

3．2 腦損傷 有研究表明早產(chǎn)兒在校正胎齡后雖然會出現(xiàn)一些延遲，但大部分可與同齡的足月兒保持相似發(fā)育軌跡［57，58］。早產(chǎn)兒在新生兒期的血壓、呼吸控制和腦血流的自我調(diào)節(jié)(即大腦在血壓變化的情況下保持恒定血流的能力)等重要生理功能都不成熟，難以適應(yīng)子宮外的環(huán)境，還有部分存在腦損傷［59］。這些因素都可誘發(fā)運(yùn)動發(fā)育遲緩和智力發(fā)育障礙［60～63］。Teulier等［64］建議，對于可能出現(xiàn)運(yùn)動發(fā)育延遲的高危嬰兒，可在出生后就開始應(yīng)用跑步機(jī)干預(yù)。

2003年報(bào)道了1例早產(chǎn)后發(fā)生Ⅲ級腦室內(nèi)出血的男嬰，在近13個(gè)月校正年齡時(shí)開始接受物理治療和跑步機(jī)踏步訓(xùn)練，每周3次，并錄像分析。該嬰兒后期沒有表現(xiàn)出CP特征。因此，認(rèn)為神經(jīng)運(yùn)動障礙高風(fēng)險(xiǎn)的患兒，可應(yīng)用跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)來促進(jìn)步態(tài)等運(yùn)動功能的發(fā)育與成熟，未來研究應(yīng)著重評估跑步機(jī)訓(xùn)練的最佳參數(shù)和患兒的遠(yuǎn)期神經(jīng)發(fā)育結(jié)局［65］。

2012年的一項(xiàng)多中心(3個(gè) NICU)RCT［2］，以圍生期超聲診斷≥Ⅲ級的腦室內(nèi)出血(IVH)或腦室周圍白質(zhì)軟化(PVL)的腦室損傷早產(chǎn)兒為觀察對象，在校正胎齡2個(gè)月時(shí)開始家庭鍛煉計(jì)劃，觀察跑步機(jī)刺激下的運(yùn)動功能改善狀況(依從性、每次訓(xùn)練的總時(shí)間及踏步頻率)。16例研究對象隨機(jī)化分組，試驗(yàn)組和對照組的平均胎齡分別為26和28周。對照組接受常規(guī)物理治療;試驗(yàn)組在接受常規(guī)物理治療基礎(chǔ)上，按照不同的校正胎齡接受不同的踢腿玩具訓(xùn)練，每天 8 min，每周 5 d;校正胎齡 4個(gè)月時(shí)，加入以0．6 m·s－1速度起點(diǎn)的跑步機(jī)訓(xùn)練，家長根據(jù)患兒的踏步反應(yīng)與步態(tài)頻率增加。在2、4、6、10和12月齡時(shí)分別應(yīng)用Alberta嬰幼兒運(yùn)動量表(AIMS)評估發(fā)育情況。干預(yù)組和對照組分別有43%(3/7)和11%(1/9)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走或在幫扶下行走，兩組AIMS評分在各隨訪時(shí)間點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，運(yùn)動發(fā)育結(jié)局沒有改善，且兩組CP的發(fā)生率(42．8%vs 33．3%)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究一方面受家庭訓(xùn)練依從性影響，訓(xùn)練過程無法質(zhì)控，跑步機(jī)訓(xùn)練時(shí)長的控制、訓(xùn)練速度的改變、踢腿時(shí)間與跑步機(jī)訓(xùn)練時(shí)間的不同步都有可能影響研究結(jié)果;另一方面，受樣本量局限，影響研究效度。盡管結(jié)論未提示能顯著促進(jìn)患兒運(yùn)動發(fā)育，但試驗(yàn)組的平均胎齡比對照組小2周，故還是應(yīng)對跑步機(jī)訓(xùn)練對PVL患兒實(shí)現(xiàn)早期行走持樂觀態(tài)度。

3．3 CP 有學(xué)者探討減重環(huán)境下跑步機(jī)訓(xùn)練對痙攣型CP患兒步態(tài)及粗大運(yùn)動功能的影響，為CP的干預(yù)治療提供研究依據(jù)［66］。研究納入8例痙攣性CP患兒，記錄患兒每次干預(yù)后的步態(tài)時(shí)間-距離參數(shù)、粗大運(yùn)動功能測量、肌張力和選擇性運(yùn)動控制參數(shù)。干預(yù)方案有A→A→B和A→B→A兩種。A為常規(guī)物理治療，B為減重跑步機(jī)訓(xùn)練。結(jié)果顯示，跑步機(jī)訓(xùn)練顯著改善了兒童的步態(tài)特征(步長增加，步態(tài)周期中雙下肢同時(shí)支撐時(shí)間的比例降低)和粗大運(yùn)動功能，但肌張力或選擇性運(yùn)動控制未明顯改善。

Mattern-Baxter等［67］以家庭為基礎(chǔ)，對CP患兒實(shí)施強(qiáng)化跑步機(jī)訓(xùn)練，評估對步態(tài)發(fā)育相關(guān)運(yùn)動技能的影響。納入了12例CP患兒，干預(yù)組和對照組各6例，平均年齡2歲左右。兩組均在家接受每周1次的物理治療;在此基礎(chǔ)上，干預(yù)組在家里的便攜式跑步機(jī)上行走，每周6次，每天2次，每次10～20 min，持續(xù)6周。于1和4個(gè)月后隨訪。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Peabody運(yùn)動發(fā)育量表(PDMS-2)、兒科殘疾評估(PEDI)及功能性量表(FMS)在干預(yù)后差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。家庭為基礎(chǔ)的跑步機(jī)訓(xùn)練可加快嬰兒掌握獨(dú)立行走技能。但該研究的最大問題在于樣本量太小，且患兒的干預(yù)年齡已超過步態(tài)發(fā)育的最佳時(shí)期。

3．4 DS 研究表明，DS嬰兒在早期發(fā)育期間進(jìn)行跑步機(jī)干預(yù)至少有兩方面好處。首先，促進(jìn)了嬰兒向連續(xù)交替步態(tài)的過渡［68～70］。其次，現(xiàn)已明確，早期利用跑步機(jī)干預(yù)較單純接受傳統(tǒng)理療能提早DS患兒獨(dú)立行走的年齡［70，71］。1項(xiàng)小型RCT［72］，以可以接受站立體位的17例DS嬰兒為研究對象，隨機(jī)分配到單純跑步機(jī)訓(xùn)練的對照組和跑步機(jī)訓(xùn)練與早期矯形器相結(jié)合的試驗(yàn)組。研究期間每月探訪嬰兒家庭，每次記錄3 min跑步機(jī)步態(tài)視頻，并測試每個(gè)患兒的GMFM。一旦患兒能獨(dú)立完成3步，跑步機(jī)訓(xùn)練即結(jié)束。在跑步機(jī)訓(xùn)練一個(gè)月后，進(jìn)行GMFM發(fā)育測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)從患兒開始接受干預(yù)到會獨(dú)立行走，對照組的平均時(shí)間為(268±88)d，而試驗(yàn)組為(206±109)d。兩組嬰兒隨時(shí)間的推移，GMFM評分顯著增加。在1個(gè)月的行走體驗(yàn)中，對照組的GMFM評分高于試驗(yàn)組，站立、行走、跑步和跳躍的分值都有升高。此外，該研究認(rèn)為，在單純跑步機(jī)訓(xùn)練對患兒整體粗大運(yùn)動技能的發(fā)展，要比穿上矯形鞋后的跑步訓(xùn)練效果好。

DS患兒實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走的平均年齡(2．5歲)比正常兒童延遲約1年［73］。2001年的一項(xiàng)非隨機(jī)對照研究［70］首次報(bào)告通過跑步刺激來減少DS患兒行走發(fā)育延遲。納入21個(gè)DS患兒家庭，從會獨(dú)坐30 s開始接受跑步機(jī)訓(xùn)練。所有DS患兒至少每隔1周接受1次傳統(tǒng)的物理治療，干預(yù)組同時(shí)在家里的跑步機(jī)上接受步態(tài)訓(xùn)練，每周5 d，每天8 min。每2周研究人員用Bayley量表進(jìn)行發(fā)育評價(jià)，同時(shí)監(jiān)測11項(xiàng)人體測量指標(biāo)、家長依從性和物理干預(yù)情況。主要觀察指標(biāo):實(shí)現(xiàn)自我站立、幫扶下行走和獨(dú)立行走的年齡。干預(yù)組幫扶下步行和獨(dú)立行走的實(shí)現(xiàn)年齡要比對照組分別縮短73．8 d和 101 d。后續(xù)研究［71］中，由于患兒的步長已達(dá)到預(yù)期長度，研究者通過增加小腿重量來改變負(fù)重并增加了皮帶傳動速度。結(jié)果證實(shí)這些額外的設(shè)置可以幫助嬰兒更快地提升步態(tài)速度，并提前達(dá)到行走狀態(tài)。此外，隨訪結(jié)果顯示，早期跑步機(jī)干預(yù)的嬰兒在結(jié)束訓(xùn)練后仍能維持1年以上的訓(xùn)練后狀態(tài)。

1項(xiàng)RCT，觀察不同跑步強(qiáng)度干預(yù)對DS嬰兒步態(tài)模式發(fā)展的長期影響。30 例 DS，平均年齡(10．0±1．9)個(gè)月，被隨機(jī)分配到低強(qiáng)度(LG)訓(xùn)練組或高強(qiáng)度 (HG)訓(xùn)練組。在家進(jìn)行跑步機(jī)干預(yù)。LG組每天6 min，每周5 d，皮帶傳動速度為0．18 m·s－1;HG組患兒除每周5 d外，根據(jù)步頻增加訓(xùn)練時(shí)間和皮帶傳動速度。能獨(dú)立完成3個(gè)步態(tài)周期為研究終點(diǎn)。主要結(jié)局指標(biāo)是獨(dú)立行走的年齡。25例DS患兒完成1年隨訪。盡管兩組實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走的年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走的年齡HG組還是較LG組早近3 個(gè)月［(18．7±2．2)vs(21．1±4．8)］。研究期間記錄6個(gè)基本步態(tài)參數(shù):標(biāo)準(zhǔn)化步速、步頻、步長、步寬、雙支撐時(shí)相百分比和動態(tài)基頻(動態(tài)基頻是3個(gè)連續(xù)步態(tài)所形成的角度，結(jié)合了步長和步寬，量化了前進(jìn)和橫向平衡)。對6個(gè)參數(shù)主成分分析(PCA)結(jié)果表明，第一主成分(PC1)可解釋總方差的83．8%，表現(xiàn)出訪問效應(yīng)和組間差異;HG組的PC1評分較LG組顯著升高，HG組患兒的標(biāo)準(zhǔn)化步速和步態(tài)頻率高于 LG 組(P=0．056，P=0．039)，雙支撐相的時(shí)相占比低于LG組(P=0．031)。研究結(jié)論是HG方案比LG對患兒步態(tài)參數(shù)及運(yùn)動發(fā)展有更好的長期影響［74］。

3．5 生長發(fā)育遲緩 2015年1項(xiàng)小型RCT(n=24)，觀察了身體支撐下的跑步機(jī)訓(xùn)練對生長發(fā)育遲緩兒童(2～5歲)步態(tài)和粗大運(yùn)動技能發(fā)展的影響［75］。對照組和干預(yù)組各12例，在接受物理治療基礎(chǔ)上，干預(yù)組接受跑步機(jī)訓(xùn)練。在干預(yù)前、第4周、第6周和完成干預(yù)后的第6周，通過10 m步行測試(10 MWT)和粗大運(yùn)動功能測量進(jìn)行評估。結(jié)果顯示，在10 MWT和GMFM的正交互作用下，與對照組相比，干預(yù)組在步態(tài)速度和粗大運(yùn)動技能上都有功能上的提高(P=0．033，P=0．017)。表明持續(xù)6周的高強(qiáng)度跑步機(jī)訓(xùn)練程序可以顯著改善生長發(fā)育遲緩兒童的步態(tài)速度并使其運(yùn)動功能增益。但該研究的局限性同樣在于，患兒的干預(yù)年齡過大。

1項(xiàng)RCT，研究的目的是分析跑步機(jī)訓(xùn)練對有中度生長發(fā)育遲緩風(fēng)險(xiǎn)患兒的潛在益處，并探討了患兒步態(tài)特征與獨(dú)立行走年齡之間的相關(guān)性［58］。其中，訓(xùn)練組15例，對照組13例。對照組不額外安排干預(yù)措施;訓(xùn)練組從干預(yù)開始至實(shí)現(xiàn)獨(dú)立步行，每天訓(xùn)練8 min，每周訓(xùn)練5 d。每個(gè)月對兩組嬰兒進(jìn)行5 min的步態(tài)攝像，分析其步態(tài)頻率和步態(tài)質(zhì)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練組步態(tài)特征與對照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，步態(tài)頻率與開始獨(dú)立行走的年齡顯著相關(guān)。開始獨(dú)立行走的年齡，訓(xùn)練組為15．1個(gè)月，對照組為14．6個(gè)月，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。起初有研究者擔(dān)心跑步干預(yù)可能會增加生長發(fā)育遲緩人群的肌張力，但結(jié)果顯示，跑步干預(yù)對患兒的生長發(fā)育是有好處的，提示跑步機(jī)訓(xùn)練對有生長發(fā)育遲緩風(fēng)險(xiǎn)的嬰兒是一種可行的早期干預(yù)方法?？紤]到步態(tài)特征和開始獨(dú)立行走的年齡之間的顯著關(guān)系，以及研究樣本和低強(qiáng)度訓(xùn)練等方面因素，未來的研究應(yīng)進(jìn)一步探討嬰兒跑步機(jī)訓(xùn)練本身相關(guān)參數(shù)設(shè)置對獨(dú)立行走發(fā)育的影響，應(yīng)有足夠的樣本量，探討速度和不同的持續(xù)訓(xùn)練強(qiáng)度等。

4 結(jié)語

早期研究證實(shí)，跑步機(jī)訓(xùn)練對CP和生長發(fā)育遲緩人群的生長發(fā)育里程碑有改善作用。但腦損傷新生兒通過嬰幼兒時(shí)期跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)，觀察遠(yuǎn)期神經(jīng)發(fā)育結(jié)局的研究數(shù)量少，在研究方法、樣本量和干預(yù)年齡等方面存在局限性［15，76，77］。腦損傷新生兒如何應(yīng)用跑步機(jī)訓(xùn)練來改善預(yù)后是值得研究的方向。前期應(yīng)當(dāng)回答的首要問題是，嬰兒早期應(yīng)用的安全性、不同月齡的傳動皮帶的最適宜速度、每次訓(xùn)練的最佳時(shí)間和總訓(xùn)練療程。深入的研究需要針對不同疾病，將跑步機(jī)訓(xùn)練的干預(yù)方案及參數(shù)加以區(qū)分［15，78～82］。迄今為止，國際上尚無大樣本研究用于評價(jià)對嬰幼兒早期干預(yù)的神經(jīng)發(fā)育效果，尤其缺乏新生兒期之后嬰兒的前瞻性研究，包括智力發(fā)育和運(yùn)動發(fā)育兩個(gè)方面，跑步機(jī)訓(xùn)練的研究有望為新生兒腦損傷人群的未來隨訪及康復(fù)之路提供潛在益處。

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