交叉遷移現象及其在康復中的應用研究進展

董佳興，王連成

(1.天津中醫藥大學研究生院，天津 301617； 2.天津醫院康復科，天津 300211)

交叉遷移現象是指單側肢體訓練后，未訓練側肢體的同源肌肉力量、適應能力可以得到很好的改善[1]。交叉遷移現象的機制一直是研究熱點，但截至目前尚無統一觀點，有神經機制與肌源性機制等假說。盡管早期有學者認為交叉遷移現象是由于肌源性機制產生[2]，但研究表明交叉遷移現象中并不存在對側同源肌肉尺寸的明顯變化[3-4]，所以交叉遷移現象的機制更有可能是神經性的。雙邊通達與交叉激活是神經性機制的兩個理論模型，腦和脊髓也在神經機制中發揮重要作用[5]。交叉遷移現象的機制雖無定論，但其特點及應用范圍已被深入研究，交叉遷移現象既可以發生于上肢肌肉群，如肩袖肌群、肘屈肌的部分肌群和腕屈肌群[6-8]，又可以發生于下肢肌肉群，如踝背屈的部分肌群和膝伸肌群[9-10]。研究表明，在涉及大負荷自主收縮、離心收縮、電刺激、全身振動及鏡面反饋訓練后均存在交叉遷移現象[11-16]。近年來，交叉遷移理念被越來越多地應用于臨床，包括影響單側機體的神經疾病(如腦卒中)的早期康復中，不僅可以預防并發癥，還可以改善患側肢體的肌力與功能；常見的急性損傷或單側肢體制動的情況下，如前膝關節骨性關節炎等[9,17-19]。無論是神經疾病還是骨科疾病，交叉遷移在臨床的應用范圍逐漸變大。但目前的研究大多局限于簡單的特點以及結果分析，缺少對交叉遷移現象詳細的解釋。現就交叉遷移現象及其在康復中的應用進展予以綜述，以為臨床醫師和康復治療師提供更多的科研思路和參考。

1 交叉遷移現象的作用機制

交叉遷移現象雖已廣泛應用于臨床，但關于其機制的探討從未停止，也尚未統一。目前主要有兩種學說學者們較為認同，一種是神經機制，即交叉遷移現象的產生與大腦皮質活動及脊髓適應性有關；另一種學說認為，交叉遷移現象改善對側肌肉功能狀況是由于肌肉肥大，或肌肉橫截面積的增加所致，即交叉遷移現象產生的機制是肌源性的。

1.1神經機制

1.1.1皮質(棘上)機制 以往有研究顯示，交叉遷移現象的神經適應性是雙側大腦皮質活動作用的結果[20-21]。在患者進行單側力量訓練的過程中，參與運動輸出的兩個大腦半球同時激活。不僅如此，訓練肢體同側的初級運動皮質(M1)也已被證明在調節交叉遷移效應中起重要作用[20,22]。可見，當單側肌肉訓練產生交叉遷移現象時，雙側大腦的運動皮質同時發生著某些自適應變化，參與其神經調節過程，使運動神經元保持興奮性，支配肌肉收縮，從而維持肌肉功能。在Ruddy等[23]的一項隨機對照試驗中，他們利用多模式神經成像對交叉遷移現象的神經介導機制進行了研究，結果表明，雙側大腦半球協同活動區之間靜息活動網的功能聯絡性得到提高，即雙側半球間的相互作用在交叉遷移中起重要作用。此外，也有學者提出鏡像神經元系統可能在交叉遷移現象中發揮作用的假設[16,24]。這種假說支持一種觀點，即“未經訓練”的運動皮質增加的神經輸出在交叉遷移現象中起關鍵作用。交叉遷移現象的研究中發現了皮質興奮性的增加、抑制性的降低、半球間抑制性的降低及訓練肢體同側M1經顱磁刺激測量的主動激活的增加[16,22,25-28]。也就是說，人體左右半球初級運動皮質之間存在功能聯系，即左右半球之間不僅存在干擾抑制，而且存在相互作用，使兩側半球的興奮狀態保持相對平衡。大腦皮質內回路之間的相互作用有助于改變未訓練肌肉的皮質輸出，進而促進交叉遷移現象的產生。

1.1.2脊髓機制 Palmer等[29]發現患者在接受4周的踝關節跖屈肌肌肉的單側等長收縮力量訓練后，其對側大腦的白質和灰質有結構性的變化，但在同側大腦中并沒有顯著變化。故推測，脊髓在對側肌肉力量的增長中有不可替代的作用。Bezerra等[30]也發現，與單獨進行主動收縮(增加9%)相比，在進行主動收縮干預的同時添加電刺激訓練，可以增強交叉遷移現象產生的力量(增加28%)，同時他們還假設電刺激的輸入是中樞神經系統適應擴展到對側肢體的來源。該研究結果提示，脊髓機制在交叉遷移中發揮重要作用，亦可理解為經皮電刺激訓練代替皮質控制肌肉活動可以同時激活支配肌肉纖維的軸突和其他感覺傳入，運動神經纖維的激活誘導肌肉以同步模式收縮，傳入纖維的同時激活可能改變運動神經元和中間神經元的興奮性，從而影響對側肢體，產生交叉遷移現象。另一個支持脊髓適應性的證據是在主動訓練過程中血流限制動力學導致的對側力量增加。Colomer-Poveda等[31]進行假設，通過激活第三類和第四類傳入神經有助于增強脊髓和脊椎水平上的興奮性，他們根據此理論基礎，以電刺激訓練和血流量限制訓練的方式來增強對側力量，證實了交叉遷移現象中潛在的脊髓機制。以上研究表明，交叉遷移現象的產生與脊髓適應性有密切聯系，即單側肌肉訓練可以激活對側大腦半球運動皮質，皮質脊髓束會將信號轉導至脊髓前角膜的運動神經，脊髓通過在這一過程中保持興奮性，來支配相應的同源肌肉進行收縮，從而保持肌肉的功能。

1.2肌源性機制 肌源性機制認為，交叉遷移現象的產生是由于未訓練側肌肉肥大增厚導致。一項早期研究顯示，在14名接受為期12周單側舉重訓練的老年男性中，訓練后的雙側肱二頭肌中快速(Ⅱ型)肌纖維的平均橫截面積均增加，但訓練側的增量顯著高于未訓練側，所以研究者推測交叉遷移現象的產生可能與未訓練側肌肉肥大有關[2]。但后期Houston等[32]進行的一項類似研究發現，經過訓練一側的屈肘肌(肱二頭肌)的肌徑也存在增加現象，但未訓練側肌肉的肌徑卻沒有增加。近年也有研究表明，單側肢體阻力訓練可增加訓練側肌肉的大小和力量，未訓練側雖有肌力增加的現象，但肌肉大小并未發生改變[4]。這說明，交叉遷移現象產生的機制或許與肌肉橫截面積增大無關，即肌源性機制可能并不是交叉遷移現象的潛在機制。因此，關于肌源性機制是否為交叉遷移現象產生的來源，未來需要更多研究證實。

2 交叉遷移現象的特點

自交叉遷移現象被發現以來，越來越多的研究集中于發掘其特點，進而更深層次地了解和應用這一現象。目前已發現交叉遷移現象具有以下特點：交叉遷移現象的程度與訓練側的肌力增幅成正比；不同收縮方式的肌肉訓練所產生的效果亦不相同；檢測肌肉力量的方式也與交叉遷移現象的效果有關。

2.1訓練側肌肉力量增幅 交叉遷移現象改善對側肢體的程度不僅與未訓練側肌肉的狀態有關，還與訓練側肌力的增加有密切關系。Green[33]的研究不僅發現6周的單側訓練后存在交叉遷移現象，同時還發現這種交叉遷移現象引起的對側力量增長是持續性的，且對側力量增長的程度與神經肌肉的適應性有關，對側肢體存在運動學習現象。該研究雖然發現了交叉遷移現象的大小與訓練側的肢體肌力增長有關，但是并沒有詳細解釋非優勢側肢體鍛煉對優勢側肌力增長有無影響，即缺少對交叉遷移現象方向性的精確描述與論證。Zhou[34]對近40篇文獻中的訓練肢體和對側肢體的力量變化進行分析，發現對側肢體的力量增長與訓練同側肢體的力量增長相關。交叉遷移現象的程度與訓練側肌力的增長成正比，平均幅度為同側肢體力量增長的60%左右[34-35]。可見，在交叉遷移現象的應用中，可以通過觀察同側肢體力量的增長，大致評估對側肌力的提高，方便快捷地評估治療效果，也可以科學地制訂優勢側肌肉訓練量，以更好地服務于康復計劃的整體制訂，進而改善對側肌肉的力量，達到預期的康復效果。

2.2訓練側肌肉收縮方式 目標肌肉的特性、訓練方法和參與者的訓練狀態也可能影響肌力增加的程度。有研究發現，離心收縮鍛煉模式在更大程度上調節了皮質脊髓興奮性，在交叉遷移現象中提供了更大刺激，即離心收縮鍛煉模式在交叉遷移現象中的作用強于向心收縮鍛煉模式，且進行性的離心收縮鍛煉模式對健側肌肉損傷的保護作用強于進行性的向心收縮鍛煉模式和單次離心運動[12,25,36]。從這些研究可以看出，肌肉收縮方式與交叉遷移現象的程度有密切關系，但這些研究均未詳細描述肌肉在何種頻率、訓練多久產生的交叉遷移現象效果最佳，這對將交叉遷移現象的效果發揮至最大以及制訂治療和康復計劃至關重要。Manca等[35]發現，與等長收縮訓練方案相比，離心收縮和動態收縮的訓練方案(即向心收縮和離心收縮)誘導對側肌力的增加明顯更大。近年有研究報道，具有更優效果的訓練參數是健側執行3～5組、8～15次的離心收縮，各組之間的休息時間為1～2 min[37]。但目前關于離心和動態訓練方案的研究較少。因此，今后的臨床研究應著重于離心和動態訓練，醫師與治療師在臨床中可以通過選擇合適的訓練方式及參數，以達到大幅度增加交叉遷移現象在力量訓練中的效果。

2.3檢測與訓練方式的一致性 交叉遷移現象的效果不僅與訓練有關，還與訓練和檢測方式的一致性有關。Zult等[38]的研究發現，一種肌肉收縮所產生交叉遷移的效果是特定的，因為當檢測時采取另一種肌肉收縮方式，就會發現交叉遷移現象產生的效果要小得多。由此可見，若要將交叉遷移現象的效果發揮至最大，制訂康復治療方案時須考慮訓練方式與檢測方式的一致性。在臨床應用交叉遷移理念效果不理想時，可先考慮訓練與檢測方式是否一致，進而避免錯過最佳治療方案，影響整體治療效果。另有大量研究表明，在力量測試中使用的肌肉動作(離心、向心或等長收縮)和訓練中執行的肌肉動作對應時，肌力增加更明顯[25,37,39]。即檢測肌肉訓練結果時，若檢測與訓練使用相同的收縮方法，則交叉遷移現象最為明顯，換言之，如果肌肉力量的檢測方式與肌肉接受訓練的方式相一致，那么未鍛煉側的肌肉功能可得到最大限度的提升，如離心收縮訓練后以離心力量測試效果最好。因此，在測試訓練結果時，可根據不同訓練方法選擇對應的檢測方式，以將交叉遷移現象的效果在臨床評估及治療中得到更好的應用。

3 交叉遷移現象在康復中的臨床應用

隨著我國全民健身的推行以及人口老齡化問題的日益加重，單側肢體損傷和活動障礙的患者也越來越多，不僅神經系統疾病存在單側肢體活動障礙，如腦卒中后遺癥偏癱患者；骨科系統疾病也存在單側肢體功能障礙，如單側膝關節骨性疾病、韌帶損傷等。單側肢體活動障礙即使進行手術，術后早期也存在損傷側肢體制動、活動受限等問題。而早期康復對患者功能恢復和生活質量的提高至關重要，所以如何在既不違背制動原則的前提下，又能保證患側肢體肌肉與活動功能成為關鍵。交叉遷移現象可在只對優勢側肢體進行訓練的情況下，改善非優勢側肢體的肌肉力量和功能。大量研究表明，在腦卒中偏癱患者中應用交叉遷移理念進行抗阻訓練，不僅可以促進上肢肌肉力量與功能，而且可改善下肢的功能狀況，提高患者的康復效率與生活質量[9,40-41]。同時，交叉遷移現象也被應用于單側肢體損傷的骨科疾病康復中，如單側骨關節炎、單側膝關節韌帶損傷等[10,18]，結果均顯示通過交叉遷移現象可促進患者的早期康復，更大程度地改善患者的功能障礙。

3.1神經系統疾病 神經系統疾病中不乏存在單側肢體活動不利，或雙側肌肉功能不對稱的情況，如偏癱、多發性硬化等，這些情況在很大程度上影響了患者的生活質量，若能利用好現存或優勢側的功能來促進非優勢側肢體力量與功能的恢復，患者的康復效果將大大提升。交叉遷移理念為這些問題的解決提供了新思路。所以臨床越來越重視交叉遷移現象在神經系統疾病康復中的作用。

3.1.1腦卒中后偏癱 腦卒中后遺癥的患者常伴有單側行走、溝通和運動功能障礙，這些最終均會影響其日常生活活動能力，降低生活質量。所以腦卒中的早期康復尤為重要，現代研究結果顯示，腦卒中偏癱后的早期康復可促進整體的康復進程，防止并發癥，改善患者功能障礙，極大程度地降低致殘率，使患者盡早回歸社會與家庭，提高患者的生活質量[42]。然而早期患側的主動康復較難實現，交叉遷移理念適用于單側損傷或障礙，可在不干預患側的情況下改善其功能狀況。李霞等[9]將34例腦卒中偏癱患者隨機分為試驗組和對照組，兩組患者均接受常規康復治療，其中試驗組給予為期6周的健側肢體踝背屈等長抗阻訓練，結果顯示訓練后雙側脛骨前肌和腓腸肌最大隨意等長收縮較試驗前及對照組均明顯改善。在另一項包括24例慢性腦卒中患者的研究中，受試者用非偏癱側手臂完成了5周的最大主動伸腕訓練[17]。結果發現，用神經學上受影響較小的“非偏癱”手臂進行高強度訓練可以提高雙側的力量，并能改變脊髓和皮質的可塑性。可見，交叉遷移理念為腦卒中偏癱后的康復提供了一種新思路，可在僅訓練優勢側的情況下恢復患者的力量及功能，使偏癱后的患者及時進行早期康復，提高康復效率。目前，臨床基于交叉遷理念對腦卒中后偏癱患者進行單側訓練幫助促進偏癱側肢體力量及功能的康復已被越來越多的人接受。盡管目前已有研究發現腦卒中患者通過單側肢體訓練可改變脊髓和皮質的可塑性[17]，但對這種可塑性的改善程度及功能開發的研究卻很少，因此如何將這種可塑性與功能開發最優化成為未來的研究方向。

3.1.2多發性硬化(multiple sclerosis，MS) MS是一種中樞神經系統退行性疾病，它會破壞神經信號的傳導，甚至可能完全阻斷動作電位的產生。所以MS患者會伴有多種損傷和功能障礙，如步態異常、身體失衡、肌肉無力、肢體痙攣和易疲勞，這種不對稱模式也會表現出雙側肌肉力量與功能的差異[43-45]。已有大量研究表明力量訓練對MS患者的康復有明顯效果，不僅可以改善步態異常、提高平衡能力、減緩疲勞，還可以增加肌肉力量和肢體功能[46-48]。要想全面提升康復效果，肢體兩側的功能恢復均至關重要，然而對于嚴重程度較大側肢體的訓練并不容易實現，且很難保證訓練效果，所以臨床開始在MS患者康復進程中介入交叉遷移理念。Manca等[49]將30例MS患者隨機分為兩組，一組直接對較嚴重側進行踝背屈肌的力量訓練，另一組則進行對側踝關節背屈肌力量訓練，結果顯示對側訓練組MS患者的踝關節肌肉力量與功能均有明顯改善，同時他們還發現交叉遷移現象所產生的效果與直接訓練組差異無統計學意義。但這項研究只包含復發-緩解型MS患者，且不同功能障礙的MS患者對訓練方案可能表現出不同反應，這對試驗結果會產生一定影響。另有研究發現，經過6周的力量訓練，直接訓練與對側訓練均可產生肌肉力量的增加，但在步行速度等步態表現中，只有直接訓練組有明顯改善[50]。也就是說，雖然對側力量訓練并未加重肢體的不對稱，但如果訓練目標是改善力量以外的方面，如步態、步速等，那么在制訂訓練方案時則不建議直接進行對側訓練。可見，MS的力量訓練的確存在交叉遷移現象，對于較嚴重側無法直接訓練的患者，交叉遷移技術不失為一種行之有效的康復策略，但還需進一步研究證實交叉遷移現象在MS患者不同肌群中的效果，以為交叉遷移理念在MS中的應用提供更有力的支持。

3.2骨科疾病 大多數骨科疾病存在單側肢體受損或制動，然而長時間的缺乏活動會導致肌肉量的丟失，進而使肌肉發生萎縮，甚至會影響整個肢體的功能，所以盡早介入康復治療尤為重要，而在康復早期面臨著一個主要問題，即如何把握好“早期制動”和“盡可能地維持肌肉力量與關節功能”之間的關系。交叉遷移理念為解決這一問題開辟了新思路，使制動早期康復成為可能。目前，交叉遷移現象已廣泛應用于單側肢體損傷、骨關節炎、韌帶損傷等骨科疾病的康復中，均產生了明顯的效果。

3.2.1骨關節炎 交叉遷移訓練為傳統力量訓練方案中以疼痛或關節僵硬為限制性因素的患者(如骨關節炎)提供了一種可行的選擇。Onigbinde等[19]選取了21例膝關節骨性關節炎患者作為研究對象，其中受累膝關節不接受訓練，而未受影響的股四頭肌接受為期6周的等長收縮訓練。結果顯示，膝關節骨性關節炎患者患肢股四頭肌等長肌力峰值較試驗前明顯提高。所以他們得出結論：只加強同側同種肌肉時，對側股四頭肌存在交叉遷移現象。也就是說，交叉遷移現象在膝關節骨性關節炎的訓練中是存在的，可以利用該現象改善患者癥狀，防止病情惡化。但該研究僅描述了肌力的變化，并未深入研究交叉遷移現象對膝關節骨性關節炎患者的癥狀以及生活質量的影響。一項研究對單側膝關節骨性關節炎患者進行了為期4周的健側膝關節伸肌力量訓練干預，并與同齡健康人群進行比較，結果也顯示，訓練后雙側膝關節伸肌力量均有明顯增加，而且雙側膝關節在疼痛、癥狀和生活質量方面也均有顯著和持續的改善[18]。但這兩項研究的樣本量均較小，訓練方法較為簡單，今后應采取大樣本、科學嚴謹的研究方案，更佳豐富的訓練模式，以為交叉遷移理念在膝關節骨性關節炎患者早期康復中發揮重要作用提供直接有力的證據。膝關節骨性關節炎在老年人中發病率較高，為了減少全膝關節置換術帶來的風險及后遺癥，其保守治療顯得尤為重要。而交叉遷移理念為膝關節骨性關節炎的保守治療提供了更好的選擇，具有低風險、無疼痛的優點，未來可基于交叉遷移理念對大樣本量的膝關節骨性關節炎患者進行不同方式的訓練，遴選出最優的治療方案來解決膝關節骨性關節炎患者存在的問題。

3.2.2前交叉韌帶損傷 前交叉韌帶損傷后，患者會出現劇烈的疼痛、關節腫脹、關節腔積液及關節活動受限等癥狀[51]，而前交叉韌帶重建術(anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR)成為改善前交叉韌帶損傷患者癥狀的一種有效選擇。膝關節周圍大多數是單關節的肌肉，主要起著穩定和活動膝關節的作用。股四頭肌在伸膝環節中發揮關鍵作用，ACLR前患者損傷側肢體股四頭肌力量存在下降的現象，同時在ACLR后下肢異常表現中仍存在肌力下降[52]。ACLR后股四頭肌無力的原因與肌肉萎縮有關，已有研究證明股四頭肌橫截面積與肌肉力量有密切關系[53]。

肌腱在移植后需要經歷缺血壞死、血管再生和愈合的階段，其強度在重建和移植時顯著降低，如果經受的應力高出它承受的極限時，極有可能發生斷裂[54-55]。而患者在ACLR后為避免韌帶愈合不良需進行關節制動，因此如何找到“移植韌帶良好愈合”和“盡早恢復關節功能”的最佳平衡點顯得尤為重要。交叉遷移技術既可以保證一側膝關節制動，又能通過鍛煉另一側肢體來達到增強患側膝關節肌力以及恢復關節功能的效果。

Zult等[56]將43例ACLR后患者隨機分為試驗組和對照組，兩組患者均進行常規術后護理，其中試驗組在術后1～12周對未手術側股四頭肌進行力量訓練，結果發現與常規術后護理相比，交叉遷移現象并沒有顯著促進ACLR后的恢復。其原因可能為交叉遷移訓練(向心收縮)使用了與力量測試(等長收縮)不同的收縮模式。隨后Harput等[10]就向心收縮交叉遷移現象和離心收縮交叉遷移現象對ACLR后股四頭肌力量和膝關節功能恢復的影響進行了研究，結果表明，在ACLR后康復早期進行健側向訓練，可促進術后股四頭肌力量恢復。在臨床研究中，為了更有效地驗證交叉遷移現象在ACLR后發揮的作用，應將此理念納入ACLR后患者的康復治療中，特別是早期康復階段。

4 小 結

目前，對于交叉遷移現象的機制結論尚未統一，但多數研究者認為不存在肌肉肥大的現象[29-32]，該現象的產生主要為神經機制的調節，其中大腦皮質和脊髓發揮重要作用。交叉遷移現象的程度與訓練方式、訓練側的增幅和檢測方式有關。目前交叉遷移現象在臨床和康復治療中已得到廣泛應用，且效果顯著。近年來對于交叉遷移現象機制的研究大多為神經性，雖然肌源性機制已被證實，但缺少更深入的研究。且祖國醫學與交叉遷移理念相結合，能否讓交叉遷移現象發揮更大的作用也需要進一步探究。此外，單側關節置換術后早期也存在單側肢體制動的狀況，交叉遷移現象能否改善患者功能狀況也需要更多的研究驗證。未來應更多地關注交叉遷移現象機制的深入研究、特點的進一步挖掘及應用范圍的探究，以最大程度發揮交叉遷移現象的作用，讓交叉遷移理念更好地應用于康復及臨床中。