手法治療改善脊柱功能的作用機(jī)制

鄭尉，孫立冰，劉春華，John Downes

脊柱手法治療(Spinal Manipulation Therapy，SMT)是一種通過(guò)雙手將快速、小幅度的作用力施加于脊柱上特定部位的治療手段[1]。脊柱手法治療是預(yù)防、診斷和治療骨骼肌肉系統(tǒng)相關(guān)病癥的有效方法之一，在減少肌肉抑制[2]、調(diào)節(jié)神經(jīng)肌肉興奮性[3]、矯正本體感覺(jué)缺陷[4]等方面具有一定的臨床效果，已得到國(guó)外物理治療師、脊骨神經(jīng)醫(yī)生的廣泛應(yīng)用，但在我國(guó)應(yīng)用及相關(guān)研究較少。脊柱功能與神經(jīng)肌肉控制[5]、肌肉力量[6]、本體感覺(jué)[7]等多種因素有關(guān)。脊柱功能下降可能會(huì)導(dǎo)致慢性疾病患病率上升、全球公共健康水平下降，給日益嚴(yán)重的老齡化社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)[8]。本文旨在總結(jié)脊柱手法治療的作用特點(diǎn)，從肌肉抑制、肌肉力量和本體感覺(jué)三個(gè)方面分析脊柱手法治療改善脊柱功能的效應(yīng)，以期厘清手法治療對(duì)脊柱功能影響的最新研究成果和作用機(jī)制，為脊柱手法治療應(yīng)用于改善脊柱功能表現(xiàn)提供理論依據(jù)。

1 脊柱手法治療的作用特點(diǎn)

1.1 生物力學(xué)作用特點(diǎn) 在脊柱手法治療過(guò)程中，脊骨神經(jīng)醫(yī)生通過(guò)控制施加作用力的速度、幅度、方向等將作用力施加于各椎體關(guān)節(jié)生理活動(dòng)范圍的末端，但并不超越關(guān)節(jié)本身解剖結(jié)構(gòu)的限制[9]。在治療時(shí)通常伴隨著開(kāi)裂聲，這是由椎體關(guān)節(jié)之間的縫隙產(chǎn)生的液體氣泡導(dǎo)致的[10]。脊骨神經(jīng)醫(yī)生最常用的治療形式為短杠桿、快速和低幅度的脊柱手法治療，通常是利用短杠桿將動(dòng)態(tài)的推動(dòng)力作用于椎體棘突、橫突或乳突等結(jié)構(gòu)之上。在對(duì)骨盆進(jìn)行治療時(shí)，作用部位通常為髂棘[11]。此外，脊柱手法治療也可利用長(zhǎng)杠桿完成。當(dāng)一只手作用于椎體的特定部位時(shí)，另一手放置在特定部位的身體遠(yuǎn)端(肩部或肘部)，椎體與身體遠(yuǎn)端之間就形成了作用的長(zhǎng)杠桿。Wood 和Adam[12-13]首次對(duì)脊柱手法治療時(shí)施加的外力進(jìn)行了量化，但他們并沒(méi)有真正在人體上進(jìn)行矯正，因此這項(xiàng)研究的有效性還有待證實(shí)。Hessel等[14]首次直接測(cè)試脊柱手法治療施加在人體身上的力量大小。他們?cè)诩构巧窠?jīng)醫(yī)生的手下放置一個(gè)測(cè)力板，用來(lái)測(cè)量施加在病人具體身體部位上的作用力。近年來(lái)，其他學(xué)者也針對(duì)脊柱矯正的動(dòng)力時(shí)程進(jìn)行了相關(guān)研究[15-17]。脊柱矯正的動(dòng)力時(shí)程受到矯正手法、部位、施加作用力方向、執(zhí)業(yè)年限等因素的影響。Pagé等[15]用255牛頓的峰值作用力分別以100、125、200、500、1000和1500ms推力期作用于第6、7和8 胸椎橫突處，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在同一峰值作用力條件下，推力期越短，椎體錯(cuò)位的程度越低，這在一定程度上驗(yàn)證了以高速、低幅、快速為特點(diǎn)的脊柱手法治療能夠矯正椎體錯(cuò)位。通過(guò)統(tǒng)合在脊柱矯正時(shí)的力學(xué)參數(shù)結(jié)果能夠看出，無(wú)論患者頭枕是否固定，在施加作用力的全過(guò)程中，從不同方向施加的作用力大小均具有一定差異[16]。Funabashi等[18]用Activator儀器在進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，需用時(shí)99±31毫秒達(dá)到平均峰值作用力為120±12.7牛頓，加載率為1.21牛頓/毫秒。此外，經(jīng)驗(yàn)豐富且有資質(zhì)的脊骨神經(jīng)醫(yī)生施加作用力的時(shí)間僅為實(shí)習(xí)生所需時(shí)間的1/3，但峰值作用力并無(wú)顯著差異[19]。脊柱手法治療過(guò)程中施加于椎體間關(guān)節(jié)的作用力能夠影響參與韌帶-肌肉反射和肌肉間反應(yīng)的神經(jīng)肌肉成分，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)改變以降低脊柱旁組織的機(jī)械性應(yīng)力或拉力，但具體哪種峰值作用力能夠產(chǎn)生最佳的生物力學(xué)效應(yīng)還需要進(jìn)一步研究[19]。脊柱手法治療產(chǎn)生的生物力學(xué)效應(yīng)還包括重建關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的靈活性，刺激脊柱旁組織的機(jī)械性感受神經(jīng)末梢，包括皮膚、肌肉、肌腱、韌帶、椎間關(guān)節(jié)、椎間盤(pán)等[20]，間接促進(jìn)脊柱手法治療的神經(jīng)生理學(xué)效應(yīng)。

1.2 神經(jīng)生理學(xué)作用特點(diǎn) 近年來(lái)，多項(xiàng)研究從不同角度實(shí)證研究了脊柱手法治療的神經(jīng)生理學(xué)效應(yīng)，主要體現(xiàn)在促進(jìn)疼痛抑制，改變肌肉反射、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性及對(duì)自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響等。Bialosky等[22]認(rèn)為，手法治療的神經(jīng)生理學(xué)效應(yīng)與其對(duì)中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的疼痛抑制有關(guān)[21]。脊柱手法治療能夠通過(guò)中樞控制機(jī)制增加中樞神經(jīng)元的感知范圍，通過(guò)降低脊柱旁組織的機(jī)械性和化學(xué)性刺激閾值而改變中樞感覺(jué)處理，從而在一定程度上提升患者的疼痛閾值，降低其疼痛敏感度，促進(jìn)疼痛抑制以及減少痛覺(jué)易化。Gorrell等[23]的研究表明，頸椎(C1、C2、C6和C7)手法治療能同時(shí)增強(qiáng)胸鎖乳突肌、頸夾肌等頸部肌肉以及背部肌肉(斜方肌、背闊肌、多裂肌等)和三角肌后束的反射反應(yīng)，這一結(jié)果表明脊柱手法治療不僅能改善治療部位周圍的肌肉活動(dòng)，還能影響治療部位遠(yuǎn)端的肌肉反射，這為脊柱手法治療提高全身性功能表現(xiàn)提供了依據(jù)。Dishman等[24]經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)非癥狀成年人和亞急性下背痛患者進(jìn)行脊柱手法治療后，呈現(xiàn)出Ia傳入-運(yùn)動(dòng)神經(jīng)通路抑制的刺激-反應(yīng)特征，具體表現(xiàn)為H反射最大波幅和最大M波幅比值(Hmax/Mmax)在脊柱手法治療結(jié)束10s后顯著下降。Azadvari等[25]也得出了類似的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)腰骶部手法治療后脛神經(jīng)的H反射波幅及Hmax/Mmax均顯著下降且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，M波波幅及靜息期無(wú)明顯改變。一方面，脊柱手法治療在脊柱韌帶-肌肉系統(tǒng)上快速施加的機(jī)械性作用力引起脊柱旁肌肉反射。由于神經(jīng)遞質(zhì)釋放，單突觸的H反射受到抑制。另一方面，脊柱手法治療使來(lái)自纖維環(huán)、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊、脊柱韌帶等的機(jī)械感受器和神經(jīng)末梢開(kāi)始傳入放電，從而抑制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性。Navid等[26]發(fā)現(xiàn)，脊柱手法治療通過(guò)改變脊柱的神經(jīng)傳入，調(diào)節(jié)習(xí)慣化和敏感化之間的相互作用，進(jìn)而改變中樞神經(jīng)處理。Gyer等[27]在前人研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了脊柱手法治療的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制模型。他們認(rèn)為，由于生物力學(xué)改變，脊柱手法治療刺激脊柱旁感覺(jué)傳入，激活感覺(jué)神經(jīng)元，通過(guò)直接影響反射活動(dòng)或在運(yùn)動(dòng)、痛覺(jué)乃至自主神經(jīng)元池內(nèi)影響中樞神經(jīng)整合從而改變神經(jīng)整合和處理。上述觀點(diǎn)不僅支持了脊柱手法治療在疼痛抑制、改變運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性等方面的作用，而且還提出脊柱手法治療能夠改變自主神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，在一定程度上促進(jìn)疼痛抑制。研究證實(shí)，脊柱手法治療能夠調(diào)節(jié)自主神經(jīng)系統(tǒng)的平衡性。與安靜狀態(tài)相比，前扣帶皮質(zhì)、下前額皮質(zhì)、顳中回等腦部其他區(qū)域在胸椎手法治療后被激活。上述所有腦部區(qū)域均與自主神經(jīng)反應(yīng)的產(chǎn)生相關(guān)。前扣帶皮質(zhì)的激活和小腦蚓部的失活導(dǎo)致交感神經(jīng)活動(dòng)減弱、副交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)以及疼痛水平下降[28]。

2 手法治療改善脊柱功能的作用機(jī)制

2.1 減少關(guān)節(jié)源性肌肉抑制 關(guān)節(jié)源性肌肉抑制(Anthrogenic Muscle Inhibition, AMI)是損傷后的反射性反應(yīng)，是指在沒(méi)有結(jié)構(gòu)性損害或神經(jīng)支配受損條件下?lián)p傷關(guān)節(jié)周圍肌肉無(wú)法完全收縮的一種現(xiàn)象，在臨床上表現(xiàn)為肌肉無(wú)力，但該現(xiàn)象是來(lái)自中樞神經(jīng)系統(tǒng)感受器傳入刺激產(chǎn)生變化的結(jié)果[29]。肌肉抑制能夠引起脊柱水平的α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性改變、疼痛程度增加、關(guān)節(jié)功能下降、步態(tài)異常、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性下降等[30]。以髕股關(guān)節(jié)疼痛(Patellofemoral Pain, PFP)為例，PFP患者常表現(xiàn)出股四頭肌無(wú)力和肌肉抑制，髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增加的同時(shí)引起髖部肌肉活性以及完成功能性任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)模式的改變，形成反饋回路[30]。無(wú)法糾正肌肉抑制和重建肌肉功能會(huì)導(dǎo)致身體活動(dòng)能力下降、生物力學(xué)缺陷以及再次出現(xiàn)損傷[31]，因此找到矯正肌肉抑制的有效手段十分重要。脊柱手法治療通過(guò)刺激關(guān)節(jié)內(nèi)部和周圍的感覺(jué)感受器，使這些感覺(jué)感受器中的傳入信號(hào)與脊柱水平的中間神經(jīng)元形成突觸，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)神經(jīng)元池的可用性以及動(dòng)作輸出產(chǎn)生影響，從而減少肌肉抑制[32]。由于骶髂關(guān)節(jié)(L2～S3)、股四頭肌(L2～L4)和膝關(guān)節(jié)的神經(jīng)根水平相同，一個(gè)結(jié)構(gòu)的傳入信息可能改變受相同神經(jīng)根水平支配的所有結(jié)構(gòu)的傳出信號(hào)。骶髂關(guān)節(jié)的脊柱手法治療能夠刺激骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)和其周圍的機(jī)械感受器和本體感受器，通過(guò)改變神經(jīng)信號(hào)的傳入和膝關(guān)節(jié)肌肉中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性而擾亂疼痛-痙攣周期(Pain-Spasm Cycle)[33]。此外，Victor和Matkovich研究發(fā)現(xiàn)，在頸椎(C5、C6)手法治療后，肱二頭肌肌電均方根下降9.03%，肱二頭肌肌力增加4.76%[34]。Haavik等[35]的研究表明，脊柱手法治療使拇短展肌的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位最大值(Maximum Motor Evoked Potential，MEPmax)平均提高54.5%。脛骨前肌的MEPmax平均提高44.6%。他們認(rèn)為脊柱手法治療適用于肌張力異常下降、肌肉功能下降、損傷后關(guān)節(jié)肌肉抑制等患者或運(yùn)動(dòng)員群體。上述研究在一定程度上說(shuō)明脊柱手法治療改善肌肉抑制的有效性。肌肉抑制很可能是引起肌肉爆發(fā)力和/或運(yùn)動(dòng)功能下降的原因之一，通過(guò)脊柱手法治療能夠糾正并減少大肌肉群或單塊肌肉的肌肉抑制，將對(duì)改善功能表現(xiàn)產(chǎn)生十分重要的作用。

2.2 調(diào)節(jié)肌肉力量變化 良好的功能表現(xiàn)主要依賴于保持適宜的肌肉力量水平、減少神經(jīng)肌肉疲勞以及增強(qiáng)大腦皮質(zhì)中樞驅(qū)動(dòng)等[36]。神經(jīng)肌肉疲勞、肌肉力量和爆發(fā)力下降等均會(huì)對(duì)功能表現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)面影響且能夠增加損傷發(fā)生率[37-38]。這些生理性因素均與神經(jīng)肌肉機(jī)制有關(guān)，可通過(guò)最大自主收縮(Maximum Voluntary Contraction，MVC)、脊柱反射(H反射、M波、V波)等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估[24-26,39]。H反射和V波反映的是受脊柱α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元影響的大腦皮質(zhì)神經(jīng)驅(qū)動(dòng)的程度，這些指標(biāo)神經(jīng)適應(yīng)性的改善在一定程度上反映了功能表現(xiàn)的提高[39]。其中，H反射興奮性增高、V波波幅增大與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性、下束神經(jīng)驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)、抗疲勞能力提高有一定的相關(guān)性，同時(shí)伴隨MVC力量提高[39]。Christiansen等[40]在對(duì)12名優(yōu)秀跆拳道運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行脊柱和骶髂關(guān)節(jié)手法治療后，觀察比目魚(yú)肌誘發(fā)電位V波、H反射和MVC等指標(biāo)在治療前后的變化。研究表明，脊柱手法治療能夠提高跖屈肌的肌肉力量和皮質(zhì)脊髓束興奮性，其中MVC和V波波幅增大，H反射并無(wú)顯著性變化。Niazi等[39]發(fā)現(xiàn)健康年輕男性在接受脊柱手法治療后H反射中低閾值運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性增強(qiáng)，Holt等[41]以12名慢性中風(fēng)患者為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)在脊柱手法治療后比目魚(yú)肌肌肉力量平均提高(64.2±77.7)%，V波波幅與M波波幅最大值的比值平均增加(54.0±65.2)%，但H反射無(wú)顯著性改變。 此外，皮質(zhì)靜息期(Cortical Silent Period，CSP)代表脊髓和大腦皮質(zhì)的抑制機(jī)能[42]，通過(guò)表面肌電和/或刺激前時(shí)間柱狀圖(Prestimulus Time Histograms，PSTHs)能夠反映CSP的變化。PSTHs是指肌肉受到刺激時(shí)的峰值時(shí)間，PSTHs越長(zhǎng)表示肌肉激活的時(shí)間越長(zhǎng)[4]。Havvik等[4]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)脊柱手法治療可以縮短經(jīng)顱磁刺激誘發(fā)的CSP以及增強(qiáng)下肢肌肉低閾值運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性，這一結(jié)果能夠表明脊柱手法治療可以作為增強(qiáng)肌肉力量的手段之一。上述研究結(jié)果中均體現(xiàn)出脊柱手法治療在調(diào)節(jié)肌肉力量方面的重要作用，但這種影響受到患者類型、損傷或疾病類型及程度、治療部位、手法等因素的影響，今后應(yīng)結(jié)合實(shí)證研究分析脊柱手法治療對(duì)肌肉力量的具體影響。

2.3 改善本體感覺(jué)缺陷 本體感覺(jué)是指人體在三維空間內(nèi)對(duì)身體姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)，需要整合來(lái)自韌帶、椎間關(guān)節(jié)、椎間盤(pán)、皮膚和肌肉的機(jī)械感受器的周圍感覺(jué)信息[43]。全身性本體感覺(jué)表現(xiàn)為個(gè)體對(duì)本體感覺(jué)信息處理的能力和質(zhì)量下降[44]。本體感覺(jué)的重要性體現(xiàn)功能表現(xiàn)的各個(gè)方面。潛在的本體感覺(jué)機(jī)制能夠說(shuō)明在特定時(shí)間內(nèi)人體的骨骼-肌肉系統(tǒng)是如何相互協(xié)作的。日常生活和體育鍛煉過(guò)程中不僅需要單個(gè)肢體或關(guān)節(jié)的活動(dòng)，更多要求全身肢體和關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)[45]。例如，眼球需要不停地運(yùn)動(dòng)和觀察周圍物體，當(dāng)有外界物體迎面而來(lái)時(shí)(例如球類)，能夠配合大腦進(jìn)行前反饋[46]。大腦需要在短時(shí)間內(nèi)接收來(lái)自身體各部分的信息傳入并在統(tǒng)合后將神經(jīng)信號(hào)傳遞至反應(yīng)器官，決定人體的哪些肌肉需要放松或收縮以及所需的具體時(shí)間、人體運(yùn)動(dòng)的方向和速度等[47]。出現(xiàn)關(guān)節(jié)紊亂或功能障礙時(shí)，人體的一般適應(yīng)過(guò)程應(yīng)遵循適應(yīng)強(qiáng)制性需求(Specific Adaptation to Imposed Demands，SAID)原則[48]。而機(jī)體的神經(jīng)-肌肉-骨骼機(jī)制除了要遵循SAID原則外，還包括前/后反饋[49]、神經(jīng)可塑性[47]、任務(wù)特異性[50]、力量產(chǎn)生等過(guò)程[51]。在此基礎(chǔ)上，脊骨神經(jīng)醫(yī)生John Downes提出“全身性本體感覺(jué)缺陷模式”[52]。他認(rèn)為，由于外界干擾或自身功能障礙造成的本體感覺(jué)缺陷可以使神經(jīng)肌肉控制水平下降，人體在面對(duì)特定動(dòng)作時(shí)的肌肉反應(yīng)模式改變，使得機(jī)體無(wú)法完成既定的動(dòng)作任務(wù)或完成動(dòng)作任務(wù)的質(zhì)量下降。由此造成的全身性代償以及神經(jīng)前反饋功能下降，最終會(huì)導(dǎo)致功能不穩(wěn)定、功能表現(xiàn)能力下降等問(wèn)題。異常的信息傳入與持續(xù)的中樞神經(jīng)可塑性變化有關(guān)[53]。脊柱功能障礙部位的傳入反饋發(fā)生改變后，隨即引起脊柱其他區(qū)域和四肢傳入反饋?zhàn)兓?，?dǎo)致感覺(jué)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)合產(chǎn)生異常。脊柱手法治療通過(guò)改變?nèi)梭w感覺(jué)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)合、軀體感覺(jué)統(tǒng)合和神經(jīng)肌肉控制等方面改善本體感覺(jué)缺陷[54]。Haavik和Murphy[55]提出脊柱矯正對(duì)軀體感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)整合的影響模型)，他們認(rèn)為，由于脊柱脫位/錯(cuò)位造成的神經(jīng)信號(hào)改變，能夠繼而導(dǎo)致人體軀體感覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)整合的改變。但這些異常的反應(yīng)能夠通過(guò)脊柱手法進(jìn)行矯正和治療，最終得到改善。上述理論模型也得到了一部分實(shí)證研究證實(shí)。Gómez等[56]的研究結(jié)果表明，非特異性慢性頸痛患者的站立位姿勢(shì)控制能力分別在接受頸椎手法治療的第7天和第15天分別提高13.4%和27.4%，與Goertz等[57]和Pascual-Vaca等[58]的研究相比效果更為顯著。但Farazdaghi等[59]雖發(fā)現(xiàn)骶髂關(guān)節(jié)紊亂患者在前后向的震顫頻率和速度在骶髂關(guān)節(jié)手法治療后有顯著性改變，但其他動(dòng)態(tài)姿勢(shì)控制相關(guān)指標(biāo)并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外，鑒于文獻(xiàn)搜索發(fā)現(xiàn)有關(guān)脊柱手法治療對(duì)運(yùn)動(dòng)覺(jué)、位置覺(jué)等本體感覺(jué)指標(biāo)作用效果的研究相對(duì)較少，今后的研究應(yīng)側(cè)重于脊柱手法治療在改善具體關(guān)節(jié)及全身性本體感覺(jué)方面的實(shí)證研究。

3 小結(jié)

脊柱手法治療著眼于人體的神經(jīng)系統(tǒng)，主要治療和改善神經(jīng)-肌肉-骨骼相關(guān)的病癥/功能障礙，在預(yù)防/治療損傷及促進(jìn)功能表現(xiàn)等方面的作用逐漸得到研究學(xué)者的重視，但在我國(guó)應(yīng)用較少。脊柱手法治療改善脊柱功能已經(jīng)被多項(xiàng)研究證實(shí)，通過(guò)本研究梳理相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，其潛在機(jī)制包括減少關(guān)節(jié)的肌肉抑制、調(diào)節(jié)肌力變化、改善本體感覺(jué)缺陷等。脊柱手法治療在保障身體機(jī)能、改善功能表現(xiàn)以及預(yù)防損傷等方面具有重要作用，但脊柱手法治療效果的持續(xù)時(shí)間、脊柱手法治療對(duì)不同群體作用效果的差異性以及不同矯正部位對(duì)功能表現(xiàn)的影響等問(wèn)題還需繼續(xù)進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究從神經(jīng)生理學(xué)、生物力學(xué)等方面進(jìn)行深入挖掘和分析。