痙攣型腦癱神經(jīng)肌肉功能對步態(tài)的影響及針對性干預(yù)的研究進展

王儀，張躍

南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，江蘇南京市210008

腦癱是一組持續(xù)存在的中樞性運動和姿勢發(fā)育障礙、活動受限癥候群，是由發(fā)育中的胎兒或嬰幼兒腦部非進行性損傷所致[1]。我國最近一次腦癱大樣本流行病學(xué)調(diào)查顯示，其發(fā)病率為2.48‰[2]。腦癱定義強調(diào)病因及臨床表現(xiàn)的多樣，目前按運動障礙類型可分為痙攣型、不隨意運動型和共濟失調(diào)型為主的三大類，痙攣型是其中最常見的類型，占半數(shù)以上，是腦癱疾病研究多年來的關(guān)注重點[2-3]。目前對痙攣型腦癱的運動功能研究多單方面聚焦于神經(jīng)肌肉功能或異常步態(tài)的表現(xiàn)，很少闡述它們之間的聯(lián)系。本文重點討論痙攣型腦癱神經(jīng)肌肉功能和異常步態(tài)之間特定的聯(lián)系以及針對性的干預(yù)，以幫助改善腦癱患者的預(yù)后。

1 痙攣型腦癱腦損傷及總體運動功能概述

痙攣型腦癱多與早產(chǎn)、低出生體質(zhì)量、新生兒窒息等危險因素相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致腦部非進行性損傷[4]。腦癱患者顱腦磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)形態(tài)學(xué)和運動關(guān)系的系統(tǒng)評價表明，痙攣型與腦室周圍白質(zhì)損傷、腦發(fā)育不良、腦皮層或皮層下的損傷最相關(guān)[5]。粗大運動功能分級系統(tǒng)(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)是一個簡單的五級有序分級系統(tǒng)，用于描述腦癱患者的總體運動功能[6]。一般來說，腦室周圍白質(zhì)損傷的患者總體運動功能較好(GMFCS I～Ⅱ)，腦發(fā)育不良、大腦皮層或皮層下?lián)p傷的患者總體運動功能較差(GMFCS Ⅲ～Ⅴ)，但不是所有的腦癱患者都能在MRI 上發(fā)現(xiàn)異常，在那些少數(shù)MRI表現(xiàn)正常的患者中最常見的亦是痙攣型(60.9%)[5]。即使有行走能力的痙攣型腦癱患者步行中也常存在各種異常(如髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋、內(nèi)收、屈曲，膝關(guān)節(jié)屈曲、過伸，尖足、足內(nèi)翻等)，它們會以單獨或不同組合的形式出現(xiàn)，降低患者行走的穩(wěn)定性，導(dǎo)致患者日?；顒拥陌踩詿o法保證，因此需要對異常步態(tài)的成因進行分析，以進行針對性的干預(yù)治療。

2 痙攣型腦癱的神經(jīng)肌肉功能缺陷現(xiàn)象及成因

腦部非進行性損傷是痙攣型腦癱的直接病因，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷可導(dǎo)致下行興奮和抑制信號的丟失，脊髓運動神經(jīng)元信號的異常輸入[7]。對痙攣型腦癱患者肌組織的研究顯示，組織水平肌電圖振幅降低[8]，細胞水平肌纖維類型及細胞外基質(zhì)改變[9-10]，分子轉(zhuǎn)錄水平基因表達調(diào)控的異常[11]，均影響患者肌肉生長和功能的實現(xiàn)。以上神經(jīng)癥狀和改變的肌肉結(jié)構(gòu)及功能會呈現(xiàn)出4 種互相交織的不同程度的缺陷，即肌無力、肌肉肌腱單位生長受限及短縮、高肌張力及痙攣和選擇性運動控制減少，影響痙攣型腦癱患者的行走[12-13]。

2.1 肌無力

張忠良等[14]用手持式肌力測定儀測量痙攣型雙癱患者肌力，發(fā)現(xiàn)除髖伸展肌群外，余下肢大肌群肌力都明顯弱于正常兒童。肌肉體積、肌小節(jié)的初長度和肌肉的募集狀態(tài)等影響著肌力的大小。小腿三頭肌作為行走的關(guān)鍵肌，提供80%的跖屈力矩作為向前的推力。Pitcher等[15]將GMFCS I～Ⅱ腦癱患者的下肢MRI與正常兒童進行比較，腦癱患者腓腸肌、比目魚肌的肌肉量、橫截面積明顯減少。骨骼肌在最適初長度下進行的等長收縮產(chǎn)生的張力最大，腦癱患者肌組織肌小節(jié)長度延長[16]，可能使肌絲重疊效率低下，也是引起肌力弱的原因之一。中樞神經(jīng)的損傷會使興奮性運動信號傳遞減弱，肌纖維激活數(shù)量減少表現(xiàn)出肌力減退，而肌纖維本身的病理改變也會消減神經(jīng)信號的傳遞，加重肌無力[17]。另一方面，目前的治療方法中如肌肉注射A 型肉毒毒素(botulinum toxin-A,BTX-A)[18]及鞘內(nèi)注射巴氯芬[19]、長期矯形器固定[20]、選擇性脊神經(jīng)背根切斷術(shù)、肌腱延長術(shù)[21]等在緩解痙攣或矯形的同時常常也會影響患者的肌力[4]。

2.2 肌肉肌腱單位生長受限及短縮

衛(wèi)星細胞是肌肉生長和修復(fù)的干細胞，腦癱患者肌衛(wèi)星細胞數(shù)量比正常發(fā)育同齡兒少[22]，同時細胞質(zhì)量欠佳，生成骨骼肌的能力較正常發(fā)育同齡兒低下[23]。最新的研究還顯示[24]，腦癱患者的肌肉干細胞衍生祖細胞分化能力發(fā)生了改變，亦阻礙肌肉的生長，最終影響肌肉肌腱單位功能的發(fā)揮。肌肉肌腱單位包括肌腹、肌腱及筋膜、腱鞘等附屬結(jié)構(gòu)。對痙攣型腦癱患者大肌肉群形態(tài)和結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)評價表明，腦癱患者的肌腹相較正常發(fā)育的同齡兒短小[25]。Kruse 等[26]用二維超聲檢查GMFCS I～Ⅱ腦癱患者腓腸肌肌肉和跟腱的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)肌腱長度和肌腹長度均明顯短于正常同齡兒童。短縮的下肢肌肉會加劇關(guān)節(jié)的攣縮，進一步影響患者的活動能力[27-28]。

2.3 高肌張力及痙攣

肌張力異常是腦癱診斷的必備條件之一，痙攣型腦癱有肌張力增高的特征[1]。肌張力表示肌肉狀態(tài)，從生理角度是安靜狀態(tài)下反射性維持的緊張狀態(tài)，從臨床角度是被動牽拉時所感受到的抵抗，以及觸摸時感覺到的硬度，抵抗的大小就是檢查肌張力大小的客觀指標(biāo)。Lance[29]在1980 年提出，痙攣是上運動神經(jīng)元綜合征的一部分，表現(xiàn)為依賴速度的肌張力增加，并伴有牽張反射亢進的運動障礙，強調(diào)由異常或過度興奮的脊髓反射引起。查體感受的肌張力增高還涉及肌肉肌腱單元硬度的增加，超聲彈性成像(ultrasound elastography,UE)技術(shù)可反映組織的彈性，以客觀評定肌肉硬度[30]。Lee等[31]通過UE 技術(shù)測量8 例痙攣型偏癱患者肢體肌肉硬度，發(fā)現(xiàn)患側(cè)硬度高于健側(cè)。但臨床很難將嬰幼兒單純的由牽張反射亢進引起的運動障礙和肌肉肌腱單元硬度增加對被動運動速度的反應(yīng)區(qū)分開[32]，還需進一步研究。

2.4 選擇性運動控制減少

分析痙攣型腦癱患者步行時的肌電信號，發(fā)現(xiàn)股四頭肌和腓腸肌的持續(xù)共同激活[33]，干擾孤立的關(guān)節(jié)活動[34]，影響腦癱兒童的功能運動。選擇性運動控制就是指對肌肉、關(guān)節(jié)運動的靈活、獨立控制[13]，肌肉協(xié)同狀態(tài)是運動控制能力的體現(xiàn)，目前選擇性運動控制減少的結(jié)論就是基于對肌肉激活模式的觀察和肌電結(jié)果的分析，肌電信號可轉(zhuǎn)化為患者的肌肉協(xié)同信息，以量化腦癱患者步行過程中運動控制的變化[35-37]。對腦癱患者的步態(tài)回顧分析顯示，他們在行走時的控制策略相對于正常人更加簡單，表現(xiàn)為肌肉協(xié)同運動控制模式的缺失，與成年腦卒中患者在行走過程中的肌肉協(xié)同作用相似[38-39]。Rüber 等[40]發(fā)現(xiàn)，紅核脊髓束對皮質(zhì)脊髓束損傷的不完全補償可能是選擇性運動控制減少的原因。

3 痙攣型腦癱神經(jīng)肌肉運動功能缺陷對步態(tài)的影響分析及針對性干預(yù)

表1 總結(jié)了大部分正常人群步態(tài)周期中下肢主要肌群的活動狀態(tài)[41]，本部分將結(jié)合該總結(jié)，舉例神經(jīng)肌肉功能缺陷對下肢主要肌群在步態(tài)周期中的影響，描述具體的異常步態(tài)表現(xiàn)(表2)，進而探討目前針對性的干預(yù)措施及研究進展。

3.1 肌無力

肌無力會影響步態(tài)周期的每個階段。van Ⅴulpen等[42]發(fā)現(xiàn)，功能性力量訓(xùn)練可以提高步行能力，尤其是短距離跑的能力。Willerslev-Olsen 等[43]發(fā)現(xiàn)，斜坡遞增式跑步機訓(xùn)練可有效提高擺動末期對前腳掌的控制力及站立早期的足底控制力。

不過因運動處方內(nèi)容包括頻率(frequency,F)、強度(intensity,I)、時間(time,T)和方式(type,T)，形式多樣，有些研究的結(jié)果并不理想，未來需開展大型高質(zhì)量的運動隨機對照試驗以驗證運動對腦癱兒童的療效[44]。此外，一項納入18個關(guān)于神經(jīng)肌肉電刺激研究的系統(tǒng)評價報告了該療法在改善肌肉體積、關(guān)節(jié)活動范圍、步行運動能力方面的療效[45]，說明神經(jīng)肌肉電刺激在改善及維持肌力方面亦有很好的研究前景。

表1 步態(tài)周期中的主要肌肉活動[41]

表2 神經(jīng)肌肉功能缺陷對痙攣型腦癱主要肌群及步態(tài)的影響分析

3.2 肌肉肌腱單位生長受限和短縮

短縮的踝跖屈肌會導(dǎo)致尖足步態(tài)，使擺動期足與地面的間隙減小，當(dāng)患者同時存在脛骨前肌無力時，擺動期的拖曳步態(tài)會更加嚴重[46]。當(dāng)下肢近端遠端肌均受累時，會呈現(xiàn)蹲伏步態(tài)，使髖、膝、踝關(guān)節(jié)負荷增加，引發(fā)疼痛[47]，影響患者的活動與參與[48]。Cloodt 等[28]的隊列研究還表明，腦癱患兒生命早期進行物理療法、矯形器佩戴和BTX-A 注射治療，可以延緩肌腱攣縮進程。目前針對肌肉肌腱單位短縮最常采取軟組織手術(shù)，包括肌腱延長術(shù)、肌肉松解術(shù)、肌腱轉(zhuǎn)位術(shù)等，但可能造成目標(biāo)肌無力及新的肌力不平衡問題出現(xiàn)[21]。胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)是肌衛(wèi)星細胞的正性調(diào)控因子，有研究表明電針能有效促進IGF-1 的表達，可能促進肌肉干細胞的增殖[49]。未來研究一方面需要改進手術(shù)術(shù)式，力爭維持患者肌力，同時可放在提高肌組織IGF-1 表達及IGF-1的應(yīng)用的可行性上。

3.3 高肌張力及痙攣

痙攣會加劇異常的關(guān)節(jié)姿勢并抑制步態(tài)中正常的快速屈伸而呈現(xiàn)僵硬步態(tài)，影響步長、步速?？汞d攣的治療主要包括口服藥物、肌內(nèi)注射BTX-A、鞘內(nèi)注射巴氯芬，以及選擇性脊神經(jīng)后根切斷術(shù)[4]。BTX-A 在兒科使用最廣泛，注入肌肉后，膽堿能神經(jīng)末梢乙酰膽堿的釋放被阻斷，隨后出現(xiàn)失神經(jīng)支配以抗痙攣[50]，但不能防止腦癱患者肌肉萎縮。力量訓(xùn)練和BTX-A聯(lián)合治療比單獨使用BTX-A治療效果更好，注射后及6個月的MRI隨訪顯示達到抗痙攣療效的同時，沒有出現(xiàn)肌肉萎縮[51]。在抗痙攣后恰當(dāng)?shù)臅r間加入合適的運動訓(xùn)練或神經(jīng)肌肉電刺激治療可作為緩解痙攣同時保存肌力的突破點。

3.4 選擇性運動控制減少

當(dāng)髖關(guān)節(jié)屈曲時，屈肌協(xié)同作用會限制擺動末期膝關(guān)節(jié)的伸展，導(dǎo)致足跟觸地時膝關(guān)節(jié)屈曲增加，步長縮短。選擇性運動控制減少還會使髖、膝關(guān)節(jié)從站立期的伸展?fàn)顟B(tài)過渡到擺動期的屈曲模式速度減慢，導(dǎo)致拖曳步態(tài)及擺動期足底與地面間隙減少，縮短步長、減慢步速。此外，當(dāng)膝關(guān)節(jié)伸展時，伸肌的協(xié)同作用還會激活踝跖屈，導(dǎo)致步態(tài)最初前腳先掌觸地。然而就目前而言，腦癱患者即使接受了外科手術(shù)和長期的康復(fù)治療后，運動控制能力的改善也很有限[52]，現(xiàn)可將神經(jīng)肌肉電刺激(包括功能性電刺激)運用于特定的運動階段，如在步態(tài)擺動末期刺激股四頭肌伸膝并刺激脛骨前肌，可使足趾廓清離開地面，改善具體的異常運動模式以補償運動控制能力進而改善步態(tài)。

4 小結(jié)

痙攣型腦癱患者異常的步態(tài)模式會導(dǎo)致步行能量消耗更大，且因為生長發(fā)育、體質(zhì)量增加，步行時會需要更多的能量，他們低效的步行模式常會更易疲勞[53]，進入日常身體活動減少的惡性循環(huán)[54]。綜上所述，探索神經(jīng)肌肉功能如何影響痙攣型腦癱患者的步態(tài)可為治療的精準(zhǔn)性提供方向，有助于優(yōu)化步態(tài)，預(yù)測運動能力及疼痛等的發(fā)生發(fā)展，更好指導(dǎo)個體化康復(fù)治療計劃的實施，同時也需要進一步的研究來更好地闡明其背后復(fù)雜的病理生理學(xué)機制。

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