张琦
脑性瘫痪儿童坐位姿势控制障碍分析①
张琦
姿势控制障碍是影响脑瘫儿童运动功能的关键问题。而维持坐位对于脑瘫儿童执行手部前伸动作而言,是不可或缺的辅助因素。与正常儿童的姿势控制相比,脑瘫儿童的协同作用及动作策略表现较差,患儿有产生特定方向性调整的能力,但是在募集特定方向性调整的能力方面,则表现出明显的发育迟滞。目前,有关脑瘫儿童姿势控制的运动疗法主要包括应用特制座椅、倾斜和改变座椅面和角度以及各种平衡训练,而缺少对某一种特定治疗方式在脑瘫儿童中应用疗效的研究。
脑性瘫痪;儿童;坐位下前伸;姿势控制障碍;运动疗法;综述
[本文著录格式]张琦.脑性瘫痪儿童坐位姿势控制障碍分析[J].中国康复理论与实践,2012,18(10):922-926.
姿势控制障碍(postural controldysfunction)是影响脑瘫儿童运动功能的关键问题[1]。异常的姿势控制将会导致患儿不能独坐、坐姿不正确、坐姿不稳或不能持久等,会大大影响上肢运动控制的形成。而正确的坐姿,特别是促进良好姿势对线和稳定性的坐姿,是产生有效率的双上肢运动的先决条件[2]。在日常生活中,双上肢能够在坐位下执行日常生活动作和参与各类娱乐活动,对于脑瘫儿童至关重要。治疗师在制定运动疗法方案时,通常会将脑瘫儿童的姿势控制障碍列入其中,但临床治疗效果仍不太明确,仅有部分治疗获得成功,有时甚至无任何康复效果。为给脑瘫儿童制定准确有效的治疗方案,充分了解造成坐位姿势控制障碍的潜在机制对于治疗师是十分必要的。本文将以坐位下执行上肢前伸动作时姿势控制的功能性障碍为例,总结和分析脑瘫儿童的坐位姿势控制障碍及其运动疗法。
1.1 姿势控制机制 姿势控制能力是确保维持人体平衡和保持重心落在身体稳定极限内的必不可少的一部分,主要包括在运动中抵抗重力和机械支撑力。Forssberg[3]将姿势模式的神经控制分为两个层次,包括姿势肌的协同作用和姿势调整的动作策略。姿势控制能力的好坏主要取决于这两个层次。
1.1.1 姿势控制的基础层次:特定方向性 有关正常发育儿童姿势控制的研究,大部分文献主要研究的是在外来干扰因素下正常发育儿童的姿势控制,仅有少量文献研究了在自主启动运动中,如上肢在前伸过程中和身体行走中的姿势控制,且研究结果指出,在完成不同的任务和保持体位时姿势肌的协同作用具有特定的方向性(direction-specific)[4],即当身体的平衡受到扰乱时出现方向性调整,例如在坐位下执行上肢的前伸动作,当身体向前倾斜、手臂伸向目标物时,身体背部的姿势肌肉会产生较大收缩,使身体维持在平衡位置,防止身体向前跌落;相反地,当身体向后移动不稳时,腹侧肌肉会产生收缩拉回。Hedberg等[5-6]提出姿势肌的协同作用可能先天就存在,学者对出生1个月的婴儿进行姿势肌协同作用的评定,如在坐位下对突然的外来干扰是否产生反应。研究结果显示,85%1个月婴儿出现所需要的身体背部姿势肌的活动,而72%出现身体腹侧肌肉的姿势性协调活动[5]。在2~4或5个月的婴儿中,保持姿势肌协调活动的频率增加,并且持续存在直至生长到7~8个月[6]。坐位下外来干扰因素的操作实验也证实,特定方向性姿势肌活动在出生1个月的婴儿身上即已存在。一旦婴儿在坐位下出现前伸动作的特定方向性调整,则意味着从那时起婴儿即可成功完成抓握。
1.1.2 姿势控制的第二层次:姿势调整的动作策略 属于精细调控,主要基于视觉、本体感觉、前庭觉等多种感觉的输入后,可通过变化募集的数量,也可通过调整姿势肌的募集顺序,如从远端向近端的募集顺序或是反向顺序等,其中包括预期性收缩的产生,用以协助整个动作任务过程中的姿势调控[3]。预期性姿势肌活动,被定义为先行于自主运动的姿势肌活动,它的出现主要根据所要执行的任务、姿势和年龄而定。此层次的姿势控制机制于出生后3个月即开始浮现:此时的婴儿开始适应不同的环境限制,姿势控制的活动能力开始发育。当婴儿发育至15~18个月时,将出现坐位下前伸动作的预期性姿势活动[7],而站立和行走中的预期性姿势调整则出现于18个月以上的婴儿。
1.2 上肢前伸动作理论基础 上肢前伸(forward reach)被简单地定义为上肢将手部由身体中心位置往前带到空间上目标物的过程,分为运送部分(transportation component)及操作部分(manipulation component)。前伸是上肢动作的运送部分之一,此动作带领手部顺利执行日常生活中的操作部分,如抓握、指捏等。上肢前伸动作可从两个层面进行分析:局部性的或是整体性的动作控制。局部性动作控制是上肢带领手部前伸到达目标物并执行任务时,上肢各肢段间的协调;整体性的动作控制是指在手部前伸时的姿势控制能力,姿势控制可协助局部性动作与环境的互动,局部性及整体性的动作控制彼此配合良好,才可以使动作任务顺利完成。
上肢前伸动作是近年来动作控制的热门主题,其研究理论基础则基于系统理论。根据此理论,影响上肢整体动作执行的因素分为个人、任务及环境3个因素,各因素间互相影响,动作的产生主要由3方面互动后自然呈现的结果[8]。
个人限制因素(individual constraints)主要是指个人内在的差异,如4~5个月的婴儿,即可在仰卧的姿势下出现手部前伸动作,此时的局部性及整体性姿势控制并不是成熟的模式。随着年龄的增长及动作经验增加,控制能力会趋向成熟。
任务限制因素(task constraints)对于前伸动作的影响是多方面的,包括手指操作及完成任务的难易程度等。前伸动作的表现会因不同的作业目标而改变,如当上肢前伸带出手的指点动作,上肢各肢段间动作可视为一个动作单位,且动作会偏向前馈控制(feedforward control);若上肢前伸带出手的抓握动作,手部动作则会独立于其他的上肢肢段而出现手掌的抓握,因此,在到达目标物之前会增加动作时间去调控手部动作的产生,此为回馈控制(feedback control)[9]。若目标物是功能性,则完成动作的质量会相对地提高,例如伸手按电灯开关动作中,手部前伸动作因功能性回馈刺激而表现地更为平顺且有效率[10]。其他诸如目标物的方向、远近及大小等,均会影响前伸动作的表现[11-12]。
环境限制因素(environmental constrains)主要是因外在环境的改变,会有不同的动作控制策略。如8个月大的婴儿在仰卧、端坐位(屈膝坐位)或长坐位(直膝坐位)等姿势下执行手部前伸取物时,均会有不同的动作控制策略,其原则是越靠近支撑部位(body of support,BOS)的肌肉会有较早收缩的情形。同时,若外在环境提供的姿势稳定性越高,上肢所做出的动作越好[13]。
2.1 脑瘫儿童异常坐姿特点 脑瘫是指从出生前到生后1个月内因为各种原因引起的脑损伤,而造成姿势与动作控制异常的症候群[14],其受伤部位属于中枢神经系统,所以患儿不是身体单一部位的障碍,有可能包括视觉、听觉、语言、学习和情绪等多种障碍[15]。脑瘫儿童最主要的运动功能障碍是执行动作时姿势控制的缺失。而成熟的姿势控制对执行日常活动是必须的,但是对于脑瘫儿童而言,在日常生活中维持姿势稳定并执行特定动作却是一项挑战。
脑瘫儿童的坐姿表现根据患儿的类型而有所差异,如四肢和双下肢痉挛型的脑瘫儿童,坐姿时因躯干伸展肌过度活动导致骨盆后倾而造成大腿内收、内旋、膝伸展及踝跖屈。而对于肌张力较高的脑瘫儿童,坐位时则由于腰部伸展肌和髋关节屈肌严重挛缩,而导致骨盆前倾[16]。躯干和肢体近端肌群缺乏控制将促进脑瘫儿童上肢产生无效率的功能控制。因此,维持正确坐姿对于脑瘫儿童而言是一项难题,而促进良好的姿势对线和稳定性的坐姿,则是产生有效率的双上肢运动的先决条件。
2.2 脑瘫儿童姿势控制特点
2.2.1 姿势肌的协同作用和姿势调整的动作策略 与正常发育儿童的姿势控制相比较,脑瘫儿童的协同作用及动作策略表现较差。大多数脑瘫儿童可产生特定方向性姿势肌活动,即姿势控制的基础层次是完整的。仅有较严重的脑瘫患儿,如粗大运动功能分级为Ⅳ级或Ⅴ级的患儿,当外界产生或机体本身受到干扰时,不能在瞬间控制姿势并维持稳定[17],即产生特定方向性姿势调整明显障碍。而稳定的姿势控制又是人体执行日常活动所必备的先决条件。因此,脑瘫儿童在执行某些动作时显得非常危险且容易跌倒,有研究指出,重度痉挛型双瘫的脑瘫患儿(粗大运动功能分级为V级,GMFCS levelV)缺乏特定方向性调整,其原因主要包括:①姿势协同作用不能被制作或规划;②感觉通路不能引出协同的活动[18-19]。因此,可推测缺乏这种基本姿势构成的患儿永远不可能学会坐位姿势的保持,尽管接受了充足的训练。
脑瘫儿童最常发生的功能障碍是姿势调整的动作策略障碍,此策略包含对外界环境的基础特定方向性调整的精细调控,主要基于经验和来自本体感觉、视觉和前庭系统等合并感觉的输入。学龄前和学龄脑瘫儿童常表现为姿势调整的精细障碍[14],其典型特征是:①姿势肌自上而下的募集顺序;②在外来干扰下(但不是前伸过程中),拮抗肌激活过度;③肌电振幅对特定任务约束缺乏或调整不完全。
脑瘫儿童姿势肌由上至下募集顺序的强烈偏好已被证实,可出现在外来干扰的情况下,如坐位或站立位时,也可出现在坐位下执行上肢前伸过程中[1,17]。此策略更多发生于轻度至中度障碍的脑瘫儿童,而由上至下募集顺序的强烈偏好则反映患儿处理姿势控制障碍的策略[1]。同时,意味着头在空中的稳定性是姿势控制的主要目标[17]。因此,脑瘫儿童颈部肌肉早期募集优势为头部控制训练打下良好基础。
脑瘫儿童表现出拮抗肌过度共激活,特别是当坐位下受到外来干扰而出现身体向后的晃动时,其肌肉收缩力度,即共激活程度更为显著[20]。相反地,当身体向前晃动时,拮抗肌的激活程度会下降,这不仅与坐位稳定极限较大相关,而且由于患儿常在坐位下执行日常功能活动,其保持稳定性的经验较多相关。在自定速度的自主前伸过程中,拮抗肌几乎不被激活[20]。脑瘫儿童激活的程度似乎是特定任务,常被看作是一种处理有缺陷的姿势控制的策略[20],可为患儿提供稳定性,但是也会降低肢体的灵活性。因此,为患儿提供辅助支撑,降低其活动范围可能是解决问题的关键之一。随着患儿能够控制各种有挑战性的姿势活动时,辅助支撑应逐渐减少,直至降低至患儿能自己处理的水平。
大部分脑瘫儿童的肌电振幅调整不足[20],由于其动作功能的缺失而产生整合外界信息的困难,于是造成执行上肢前伸动作能力障碍[1,20]。痉挛型偏瘫患儿在一定程度上应用身体外形结构等信息来调控坐位下的姿势肌活动;而痉挛型双瘫患儿则完全缺乏此种调整能力[1],患儿可应用来自上肢前伸的信息,如利用上肢前伸的速度调整特定姿势肌收缩程度等。
2.2.2 脑瘫儿童坐位下执行上肢前伸动作时姿势控制 van der Heide等重点研究脑瘫儿童在坐位下执行自主前伸过程中姿势调控的变化,受试者为2~11岁的脑瘫患儿,包括34例痉挛型偏瘫儿童和24例痉挛型双瘫儿童。研究结果证实,各年龄段多数脑瘫患儿均表现出多变的姿势肌活动。而这种变异性主要是患儿缺乏整体运动模式造成的。对于某些重度脑瘫儿童,上肢的前伸运动常伴随着缓慢而微弱的姿势肌的紧张性活动,而仅有少数重度脑瘫儿童在前伸过程中,伴有强烈的一致性姿势肌激活。重度脑瘫儿童的姿势肌的异常模式和其颈部和躯干肌一致,姿势肌活动多变的患儿常伴有正常颈部肌和躯干肌张力,然而,姿势肌活动微弱或强壮的患儿则会分别伴有颈部和躯干的张力减退或张力亢进[1]。
另外,此研究也证实在坐位下能够执行前伸运动的脑瘫儿童,姿势调整的动作策略表现较差。与正常发育儿童的区别是,脑瘫儿童在姿势调整的时间组织以及EMG振幅对特定任务环境的调节能力方面有障碍。但值得注意的是,脑瘫儿童就像正常发育儿童一样,在坐位下前伸过程中姿势肌的拮抗肌很少被激活。因此,脑瘫儿童在执行此任务时不会出现过度的拮抗肌激活。然而,一旦在外来因素的干扰下,如患儿所处的平衡危机感较强时,则会出现拮抗肌的过度激活。这意味着脑瘫儿童拮抗肌激活可被视作是一种功能性适应状态。
脑瘫患儿在上肢前伸过程中躯干运动基本与正常发育儿童相近[4]。对于正常发育儿童,躯干的运动与上肢前伸动作完成的质量无关。然而,脑瘫患儿躯干运动与前伸质量存在正相关。由此看来,上肢、手和躯干被融合为一体,在上肢前伸活动中用固定的时空顺序以一种精确的方式辅助运送手至目标物。此策略程序有利于协调的运动,但需要躯干具备稳定控制以便通过较长的运动通路。根据前瞻性临床研究可推测,若患儿能自主激活上肢和躯干肌,那么在各种活动中均可获得较好的控制,这就意味着患儿必须学习处理多方向的上肢前伸运动。因此,治疗师可通过轻轻固定患儿躯干使其随着上肢和躯干的移动来导出上肢的前伸运动,但为了拿到所需要的物品,上臂不得不远离躯干行进一定轨道而达到终点。此训练可从上肢的前伸过程中,为患儿提供更多相关的本体感觉输入以便用于调整前伸模式。当前伸动作超过全臂长时,也能为体验上肢自由远离躯干的运动提供可能性。另外,在上肢移动时戴上重物增加本体感觉输入强度也可进行姿势的调控。针对功能性目标导向训练,如各种能调动训练积极性的设置是学习的重要先决条件。因此,反复试验可为选择有效率的运动模式打下基础。
促进姿势控制的发育可导致较好地执行日常活动功能。然而,对于如何促进脑瘫儿童的运动发育及其最好的促进方式至今仍不清楚。临床实践中通常存在这样的问题:如脑瘫儿童最好的坐位姿势是什么样?是否好的坐位能促进上肢和手的最好功能?
3.1 常规运动疗法 脑瘫儿童运动疗法的目的主要是改善姿势控制。但仅有少量与运动疗法对姿势肌活动疗效的相关研究。
针对正常发育婴儿的姿势控制的疗效,早期的文献进行了相关研究。Hadders-Algra等研究平衡训练对婴儿期小儿的坐姿控制疗效,将20例出生后5~6个月的婴儿随机分为平衡训练组(平衡训练每天1次,持续3个月)和一般训练组(无平衡训练)。研究结果显示,在姿势调整的动作策略方面有明显疗效,与对照组相比,参与平衡训练组的婴儿生长发育明显加快[21]。另一文献研究了15例9~11个月的婴儿,每天完成从仰卧位拉起至站起的动作100次,持续3 d,研究结果指出特定方向性调整的频率明显加快,从远端到近端肌肉募集增加[22]。这意味着平衡训练可促进正常发育儿的姿势控制。
关于脑瘫患儿参与平衡训练,有文献报道4例痉挛型双瘫和2例痉挛型偏瘫儿童,年龄为7~13岁,每位患儿需每天完成100次平衡干扰训练,且持续5 d[16,23]。研究结果指出,姿势的特定方向性调整得到改善,姿势肌募集加快,由下至上的募集方式使用得较为频繁,同时调整肌肉收缩程度的能力也得到改善[16]。在改善姿势肌活动的同时,姿势摇摆的力度也相应降低[23]。
3.2 神经发育疗法 临床上认为矫正不正确的坐姿可改善上肢功能,因此治疗师常常利用关键点的控制手法给予骨盆正确的调整,以便增加姿势稳定性及减少不正常肌张力的表现,使脑瘫儿童更容易执行上肢功能性动作。
有人对20例由于存在高危因素而导致的运动发育失调的婴儿进行早期干预治疗,入选标准为出生后3个月,并已确诊有异常运动模式,将小儿随机分为传统小儿训练组和实验组,其中实验组小儿接受一组以家庭为中心的治疗计划,训练内容基于神经元群选择理论的运动发育原则,是教育和家庭护理领域一种新的治疗理念。而传统小儿训练的内容主要是接受神经发育疗法(Neuro-Developmental Treatment,NDT)。干预治疗持续3个月,当治疗后4或6个月时,分别对小儿在辅助坐位下执行前伸动作时的姿势活动进行了评定,4个月时的评定结果显示,与正常同龄发育小儿相比,两组小儿均缺乏特定方向性活动。6个月评定结果显示,实验组小儿的姿势控制在某些方面显著好于传统训练组,坐位下特定方向性调整明显增多,且坐位下募集完整模式的次数增多。这意味着接受教育和家庭护理的有高危因素的实验组小儿经过训练后,姿势控制得到提高且已达到了与正常发育同龄儿极为相似的程度。另外,研究数据也表明传统的治疗方法,如NDT,虽然在训练中应用大量的操作且提供充分的姿势支撑,但是在改善姿势发育方面无明显作用[24]。
3.3 特制坐姿矫正系统 脑瘫患儿康复的最基本目标是为其找出最适合的坐姿,使患儿有更多的时间去控制上肢和手,用最理想的方式活动,如进食、交流和洗漱等。特制的坐姿矫正系统在管理脑瘫患儿坐位方面扮演着重要角色,早期的相关研究表明,其对脑瘫儿童的治疗有一定辅助作用。各种研究曾试图证明哪一种坐位可被视为是最理想的。有文献支持直立坐姿[25-26],如跨坐姿势;有的认为伴随躯干前倾的坐姿[27-28]较为理想;另外,一些文献研究则支持倾斜坐位[16,18]。
为脑瘫儿童设计特制的坐姿矫正系统的目的是通过改善姿势控制来改善患儿的主动运动控制及降低神经肌肉和骨骼损伤。若要在日常生活中持续维持姿势的稳定,尤其是中到重度的脑瘫儿童,应用特制的座椅是十分必要的。然而,仅有少量文献[29-32]对特制座椅是否能促进上肢和手发挥最好的功能活动进行相关研究。其中,A l-Turaiki[29]应用座椅矫正系统观察177例脑瘫儿童,分析后认为81%患者均非常需要坐姿矫正系统,并且指出是脑瘫儿童康复治疗方法中一个重要、必要的补充。脑瘫儿童坐位姿势好,又可促进头部、躯干控制能力和双上肢运动能力,同时提高患者运动功能[31-32]。
3.4 倾斜座椅平面和变换座椅角度 通过倾斜座椅平面和变换座椅角度能否改善此类儿童的坐位姿势控制经常受到争论。以往学者认为倾斜座椅平面可以改变骨盆的前后倾斜,从而有效地改善骨盆的稳定度及促进躯干的控制。Nwaobi从1983年开始进行一系列的研究,通过改变座椅平面使之倾斜,如维持在水平面及后倾15°,结果发现在水平座椅面可以降低脑瘫儿童的腰部伸展肌和髋关节内收肌的异常张力,同时可促进上肢的功能动作[33]。而另有报道则指出变换坐位角度对上肢和手的运动精确性和顺畅性无任何优势[34],前倾座椅支撑面将降低上肢的运动速度[25]。McClenaghan设计了前倾、后倾和水平等座椅面,指示患儿坐位下执行前伸运动,研究结果发现前倾座椅面时的身体重心位置较后倾座椅面时向前,从而导致较差的坐位姿势稳定性,而后倾座椅平面可明显改善坐位姿势稳定性,同时患儿手部操作也较平顺[35]。因此,McClenaghan认为在后倾座椅面上,可以避免儿童在执行手部动作时躯干往前滑动。Myhr对23例脑瘫儿童进行不同角度前倾座椅面的研究,通过摄像机观察患儿坐姿,结果显示前倾座椅平面可使骨盆往前旋转并带动背部伸展,且头部也可抬至直立位置[36]。因此,可减少头部因对抗地心引力而产生的不正常的反射,如迷路张力反射及非对称头部张力反射等。另外,Van der Heide于2003年提出正常儿童在前倾座椅面执行上肢手部前伸时,其动作效率有明显增加[37],但对于脑瘫儿童是否有相同的影响,目前无相关文献提及。
较近期的相关报道[14]也研究了倾斜座椅平面对脑瘫儿童,如痉挛型偏瘫和双瘫的患儿坐位下姿势稳定性和前伸动作质量的作用,研究结果显示,不同程度倾斜其座椅平面会影响患儿的姿势调整和上肢前伸动作完成的质量,其中,座椅平面前倾可改善痉挛型偏瘫患儿的姿势效率和前伸动作的质量;反之,后倾则将相应增加姿势肌活动,并降低头控的稳定性。而对于双瘫患儿,无论是前倾或后倾座椅平面,均会导致患儿姿势不稳。因而,最适合痉挛型偏瘫患儿的坐位应为前倾座椅平面,而水平座椅平面则似乎更适合于痉挛型双瘫的患儿。
近期与座椅平面相关的文献研究[38-40],尤其是对于座椅面前倾或后倾的机制观点仍有许多争议。尽管座椅平面对于姿势稳定及上肢功能有所影响的现象已经被讨论过,但是何种座椅平面以及倾斜的具体角度对坐位姿势控制与上肢功能效率最理想却还没有一致的看法,仍有待进一步的研究。
综上所述,在正常发育过程中,姿势控制的基础层次从婴儿早期既已活跃,这意味着在产后婴儿的早期,即已存在特定方向性姿势调整,根据年龄及任务难易程度的不同而改变,随着年龄的增加趋向成熟策略。
与正常儿童的姿势控制相比,脑瘫儿童的协同作用及动作策略表现较差,患儿有产生特定方向性调整的能力,但是在募集特定方向性调整的能力方面,则表现出明显的发育迟滞。而不能完成坐位的重度脑瘫患儿缺少特定方向性调整,可能很难获得独立坐位能力。总之,所有的脑瘫儿童均表现出姿势调控的动作策略障碍。
目前,针对运动疗法对脑瘫儿童姿势控制的研究主要在于特制座椅的应用、倾斜和改变座椅面和角度以及各种平衡训练,而缺少对某一种特定治疗方式在脑瘫儿童中应用疗效的研究。今后需要进行更多更具体细致的研究,特别是运动疗法对于脑瘫儿童姿势控制应用效果的探讨。
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Seating PosturalControlDysfunction in Children w ith Cerebral Palsy(review)
ZHANGQi.DepartmentofPaediatric Physical Therapy,Capital Medical University School ofRehabilitation Medicine,Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Centre,Beijing 100068,China
Postural controldysfunction isone of the key problems in childrenw ith cerebralpalsy(CP),which interferesw ith the activities of daily living.Seating is critical for upper extrem ity movement in children w ith CP.Compared w ith their typically developing peers, children w ith CP in generalhave the ability to generate direction-specific adjustments,but they show a delayed development in the capacity to recruit direction-specific adjustments in tasks w ith amild postural challenge.At present,the treatment approaches of physical therapy mainly included:application of the special sitting system,change of the seat surface inclination and various balance exercise.However, there is limited number of studies on the effect of special training on postural development in children w ith CPand further researches are needed.
cerebralpalsy;children;forward reachwhile sitting;postural controldysfunction;physical therapy;review
R742.3
A
1006-9771(2012)10-0922-05
2012-08-17
2012-09-18)
中国康复研究中心课题(No.2010-9)。
1.首都医科大学康复医学院,北京市100068;2.中国康复研究中心北京博爱医院儿童物理疗法科,北京市100068。作者简介:张琦(1966-),女,北京市人,硕士,副主任技师,副教授,主要研究方向:脑瘫、脑外伤及脊髓损伤的运动疗法。
10.3969/j.issn.1006-9771.2012.10.008