痙攣型腦癱神經肌肉功能對步態的影響及針對性干預的研究進展

王儀，張躍

南京醫科大學附屬兒童醫院康復醫學科，江蘇南京市210008

腦癱是一組持續存在的中樞性運動和姿勢發育障礙、活動受限癥候群，是由發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調查顯示，其發病率為2.48‰[2]。腦癱定義強調病因及臨床表現的多樣，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型為主的三大類，痙攣型是其中最常見的類型，占半數以上，是腦癱疾病研究多年來的關注重點[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肌肉功能或異常步態的表現，很少闡述它們之間的聯系。本文重點討論痙攣型腦癱神經肌肉功能和異常步態之間特定的聯系以及針對性的干預，以幫助改善腦癱患者的預后。

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、低出生體質量、新生兒窒息等危險因素相關聯，導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)形態學和運動關系的系統評價表明，痙攣型與腦室周圍白質損傷、腦發育不良、腦皮層或皮層下的損傷最相關[5]。粗大運動功能分級系統(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)是一個簡單的五級有序分級系統，用于描述腦癱患者的總體運動功能[6]。一般來說，腦室周圍白質損傷的患者總體運動功能較好(GMFCS I～Ⅱ)，腦發育不良、大腦皮層或皮層下損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 上發現異常，在那些少數MRI表現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(如髖關節內旋、內收、屈曲，膝關節屈曲、過伸，尖足、足內翻等)，它們會以單獨或不同組合的形式出現，降低患者行走的穩定性，導致患者日常活動的安全性無法保證，因此需要對異常步態的成因進行分析，以進行針對性的干預治療。

2 痙攣型腦癱的神經肌肉功能缺陷現象及成因

腦部非進行性損傷是痙攣型腦癱的直接病因，中樞神經系統損傷可導致下行興奮和抑制信號的丟失，脊髓運動神經元信號的異常輸入[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改變[9-10]，分子轉錄水平基因表達調控的異常[11]，均影響患者肌肉生長和功能的實現。以上神經癥狀和改變的肌肉結構及功能會呈現出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，發現除髖伸展肌群外，余下肢大肌群肌力都明顯弱于正常兒童。肌肉體積、肌小節的初長度和肌肉的募集狀態等影響著肌力的大小。小腿三頭肌作為行走的關鍵肌，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生的張力最大，腦癱患者肌組織肌小節長度延長[16]，可能使肌絲重疊效率低下，也是引起肌力弱的原因之一。中樞神經的損傷會使興奮性運動信號傳遞減弱，肌纖維激活數量減少表現出肌力減退，而肌纖維本身的病理改變也會消減神經信號的傳遞，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]及鞘內注射巴氯芬[19]、長期矯形器固定[20]、選擇性脊神經背根切斷術、肌腱延長術[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

衛星細胞是肌肉生長和修復的干細胞，腦癱患者肌衛星細胞數量比正常發育同齡兒少[22]，同時細胞質量欠佳，生成骨骼肌的能力較正常發育同齡兒低下[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揮。肌肉肌腱單位包括肌腹、肌腱及筋膜、腱鞘等附屬結構。對痙攣型腦癱患者大肌肉群形態和結構的系統評價表明，腦癱患者的肌腹相較正常發育的同齡兒短小[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，發現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節的攣縮，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，從生理角度是安靜狀態下反射性維持的緊張狀態，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。Lance[29]在1980 年提出，痙攣是上運動神經元綜合征的一部分，表現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 技術測量8 例痙攣型偏癱患者肢體肌肉硬度，發現患側硬度高于健側。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區分開[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，發現股四頭肌和腓腸肌的持續共同激活[33]，干擾孤立的關節活動[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、關節運動的靈活、獨立控制[13]，肌肉協同狀態是運動控制能力的體現，目前選擇性運動控制減少的結論就是基于對肌肉激活模式的觀察和肌電結果的分析，肌電信號可轉化為患者的肌肉協同信息，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，表現為肌肉協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同作用相似[38-39]。Rüber 等[40]發現，紅核脊髓束對皮質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 痙攣型腦癱神經肌肉運動功能缺陷對步態的影響分析及針對性干預

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

3.1 肌無力

肌無力會影響步態周期的每個階段。van Ⅴulpen等[42]發現，功能性力量訓練可以提高步行能力，尤其是短距離跑的能力。Willerslev-Olsen 等[43]發現，斜坡遞增式跑步機訓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，有些研究的結果并不理想，未來需開展大型高質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個關于神經肌肉電刺激研究的系統評價報告了該療法在改善肌肉體積、關節活動范圍、步行運動能力方面的療效[45]，說明神經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 步態周期中的主要肌肉活動[41]

表2 神經肌肉功能缺陷對痙攣型腦癱主要肌群及步態的影響分析

3.2 肌肉肌腱單位生長受限和短縮

短縮的踝跖屈肌會導致尖足步態，使擺動期足與地面的間隙減小，當患者同時存在脛骨前肌無力時，擺動期的拖曳步態會更加嚴重[46]。當下肢近端遠端肌均受累時，會呈現蹲伏步態，使髖、膝、踝關節負荷增加，引發疼痛[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，包括肌腱延長術、肌肉松解術、肌腱轉位術等，但可能造成目標肌無力及新的肌力不平衡問題出現[21]。胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)是肌衛星細胞的正性調控因子，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術式，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的應用的可行性上。

3.3 高肌張力及痙攣

痙攣會加劇異常的關節姿勢并抑制步態中正常的快速屈伸而呈現僵硬步態，影響步長、步速。抗痙攣的治療主要包括口服藥物、肌內注射BTX-A、鞘內注射巴氯芬，以及選擇性脊神經后根切斷術[4]。BTX-A 在兒科使用最廣泛，注入肌肉后，膽堿能神經末梢乙酰膽堿的釋放被阻斷，隨后出現失神經支配以抗痙攣[50]，但不能防止腦癱患者肌肉萎縮。力量訓練和BTX-A聯合治療比單獨使用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，沒有出現肌肉萎縮[51]。在抗痙攣后恰當的時間加入合適的運動訓練或神經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

當髖關節屈曲時，屈肌協同作用會限制擺動末期膝關節的伸展，導致足跟觸地時膝關節屈曲增加，步長縮短。選擇性運動控制減少還會使髖、膝關節從站立期的伸展狀態過渡到擺動期的屈曲模式速度減慢，導致拖曳步態及擺動期足底與地面間隙減少，縮短步長、減慢步速。此外，當膝關節伸展時，伸肌的協同作用還會激活踝跖屈，導致步態最初前腳先掌觸地。然而就目前而言，腦癱患者即使接受了外科手術和長期的康復治療后，運動控制能力的改善也很有限[52]，現可將神經肌肉電刺激(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。

4 小結

痙攣型腦癱患者異常的步態模式會導致步行能量消耗更大，且因為生長發育、體質量增加，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[54]。綜上所述，探索神經肌肉功能如何影響痙攣型腦癱患者的步態可為治療的精準性提供方向，有助于優化步態，預測運動能力及疼痛等的發生發展，更好指導個體化康復治療計劃的實施，同時也需要進一步的研究來更好地闡明其背后復雜的病理生理學機制。

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