痉挛型脑瘫神经肌肉功能对步态的影响及针对性干预的研究进展

王仪，张跃

南京医科大学附属儿童医院康复医学科，江苏南京市210008

脑瘫是一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限症候群，是由发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致[1]。我国最近一次脑瘫大样本流行病学调查显示，其发病率为2.48‰[2]。脑瘫定义强调病因及临床表现的多样，目前按运动障碍类型可分为痉挛型、不随意运动型和共济失调型为主的三大类，痉挛型是其中最常见的类型，占半数以上，是脑瘫疾病研究多年来的关注重点[2-3]。目前对痉挛型脑瘫的运动功能研究多单方面聚焦于神经肌肉功能或异常步态的表现，很少阐述它们之间的联系。本文重点讨论痉挛型脑瘫神经肌肉功能和异常步态之间特定的联系以及针对性的干预，以帮助改善脑瘫患者的预后。

1 痉挛型脑瘫脑损伤及总体运动功能概述

痉挛型脑瘫多与早产、低出生体质量、新生儿窒息等危险因素相关联，导致脑部非进行性损伤[4]。脑瘫患者颅脑磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)形态学和运动关系的系统评价表明，痉挛型与脑室周围白质损伤、脑发育不良、脑皮层或皮层下的损伤最相关[5]。粗大运动功能分级系统(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)是一个简单的五级有序分级系统，用于描述脑瘫患者的总体运动功能[6]。一般来说，脑室周围白质损伤的患者总体运动功能较好(GMFCS I～Ⅱ)，脑发育不良、大脑皮层或皮层下损伤的患者总体运动功能较差(GMFCS Ⅲ～Ⅴ)，但不是所有的脑瘫患者都能在MRI 上发现异常，在那些少数MRI表现正常的患者中最常见的亦是痉挛型(60.9%)[5]。即使有行走能力的痉挛型脑瘫患者步行中也常存在各种异常(如髋关节内旋、内收、屈曲，膝关节屈曲、过伸，尖足、足内翻等)，它们会以单独或不同组合的形式出现，降低患者行走的稳定性，导致患者日常活动的安全性无法保证，因此需要对异常步态的成因进行分析，以进行针对性的干预治疗。

2 痉挛型脑瘫的神经肌肉功能缺陷现象及成因

脑部非进行性损伤是痉挛型脑瘫的直接病因，中枢神经系统损伤可导致下行兴奋和抑制信号的丢失，脊髓运动神经元信号的异常输入[7]。对痉挛型脑瘫患者肌组织的研究显示，组织水平肌电图振幅降低[8]，细胞水平肌纤维类型及细胞外基质改变[9-10]，分子转录水平基因表达调控的异常[11]，均影响患者肌肉生长和功能的实现。以上神经症状和改变的肌肉结构及功能会呈现出4 种互相交织的不同程度的缺陷，即肌无力、肌肉肌腱单位生长受限及短缩、高肌张力及痉挛和选择性运动控制减少，影响痉挛型脑瘫患者的行走[12-13]。

2.1 肌无力

张忠良等[14]用手持式肌力测定仪测量痉挛型双瘫患者肌力，发现除髋伸展肌群外，余下肢大肌群肌力都明显弱于正常儿童。肌肉体积、肌小节的初长度和肌肉的募集状态等影响着肌力的大小。小腿三头肌作为行走的关键肌，提供80%的跖屈力矩作为向前的推力。Pitcher等[15]将GMFCS I～Ⅱ脑瘫患者的下肢MRI与正常儿童进行比较，脑瘫患者腓肠肌、比目鱼肌的肌肉量、横截面积明显减少。骨骼肌在最适初长度下进行的等长收缩产生的张力最大，脑瘫患者肌组织肌小节长度延长[16]，可能使肌丝重叠效率低下，也是引起肌力弱的原因之一。中枢神经的损伤会使兴奋性运动信号传递减弱，肌纤维激活数量减少表现出肌力减退，而肌纤维本身的病理改变也会消减神经信号的传递，加重肌无力[17]。另一方面，目前的治疗方法中如肌肉注射A 型肉毒毒素(botulinum toxin-A,BTX-A)[18]及鞘内注射巴氯芬[19]、长期矫形器固定[20]、选择性脊神经背根切断术、肌腱延长术[21]等在缓解痉挛或矫形的同时常常也会影响患者的肌力[4]。

2.2 肌肉肌腱单位生长受限及短缩

卫星细胞是肌肉生长和修复的干细胞，脑瘫患者肌卫星细胞数量比正常发育同龄儿少[22]，同时细胞质量欠佳，生成骨骼肌的能力较正常发育同龄儿低下[23]。最新的研究还显示[24]，脑瘫患者的肌肉干细胞衍生祖细胞分化能力发生了改变，亦阻碍肌肉的生长，最终影响肌肉肌腱单位功能的发挥。肌肉肌腱单位包括肌腹、肌腱及筋膜、腱鞘等附属结构。对痉挛型脑瘫患者大肌肉群形态和结构的系统评价表明，脑瘫患者的肌腹相较正常发育的同龄儿短小[25]。Kruse 等[26]用二维超声检查GMFCS I～Ⅱ脑瘫患者腓肠肌肌肉和跟腱的形态，发现肌腱长度和肌腹长度均明显短于正常同龄儿童。短缩的下肢肌肉会加剧关节的挛缩，进一步影响患者的活动能力[27-28]。

2.3 高肌张力及痉挛

肌张力异常是脑瘫诊断的必备条件之一，痉挛型脑瘫有肌张力增高的特征[1]。肌张力表示肌肉状态，从生理角度是安静状态下反射性维持的紧张状态，从临床角度是被动牵拉时所感受到的抵抗，以及触摸时感觉到的硬度，抵抗的大小就是检查肌张力大小的客观指标。Lance[29]在1980 年提出，痉挛是上运动神经元综合征的一部分，表现为依赖速度的肌张力增加，并伴有牵张反射亢进的运动障碍，强调由异常或过度兴奋的脊髓反射引起。查体感受的肌张力增高还涉及肌肉肌腱单元硬度的增加，超声弹性成像(ultrasound elastography,UE)技术可反映组织的弹性，以客观评定肌肉硬度[30]。Lee等[31]通过UE 技术测量8 例痉挛型偏瘫患者肢体肌肉硬度，发现患侧硬度高于健侧。但临床很难将婴幼儿单纯的由牵张反射亢进引起的运动障碍和肌肉肌腱单元硬度增加对被动运动速度的反应区分开[32]，还需进一步研究。

2.4 选择性运动控制减少

分析痉挛型脑瘫患者步行时的肌电信号，发现股四头肌和腓肠肌的持续共同激活[33]，干扰孤立的关节活动[34]，影响脑瘫儿童的功能运动。选择性运动控制就是指对肌肉、关节运动的灵活、独立控制[13]，肌肉协同状态是运动控制能力的体现，目前选择性运动控制减少的结论就是基于对肌肉激活模式的观察和肌电结果的分析，肌电信号可转化为患者的肌肉协同信息，以量化脑瘫患者步行过程中运动控制的变化[35-37]。对脑瘫患者的步态回顾分析显示，他们在行走时的控制策略相对于正常人更加简单，表现为肌肉协同运动控制模式的缺失，与成年脑卒中患者在行走过程中的肌肉协同作用相似[38-39]。Rüber 等[40]发现，红核脊髓束对皮质脊髓束损伤的不完全补偿可能是选择性运动控制减少的原因。

3 痉挛型脑瘫神经肌肉运动功能缺陷对步态的影响分析及针对性干预

表1 总结了大部分正常人群步态周期中下肢主要肌群的活动状态[41]，本部分将结合该总结，举例神经肌肉功能缺陷对下肢主要肌群在步态周期中的影响，描述具体的异常步态表现(表2)，进而探讨目前针对性的干预措施及研究进展。

3.1 肌无力

肌无力会影响步态周期的每个阶段。van Ⅴulpen等[42]发现，功能性力量训练可以提高步行能力，尤其是短距离跑的能力。Willerslev-Olsen 等[43]发现，斜坡递增式跑步机训练可有效提高摆动末期对前脚掌的控制力及站立早期的足底控制力。

不过因运动处方内容包括频率(frequency,F)、强度(intensity,I)、时间(time,T)和方式(type,T)，形式多样，有些研究的结果并不理想，未来需开展大型高质量的运动随机对照试验以验证运动对脑瘫儿童的疗效[44]。此外，一项纳入18个关于神经肌肉电刺激研究的系统评价报告了该疗法在改善肌肉体积、关节活动范围、步行运动能力方面的疗效[45]，说明神经肌肉电刺激在改善及维持肌力方面亦有很好的研究前景。

表1 步态周期中的主要肌肉活动[41]

表2 神经肌肉功能缺陷对痉挛型脑瘫主要肌群及步态的影响分析

3.2 肌肉肌腱单位生长受限和短缩

短缩的踝跖屈肌会导致尖足步态，使摆动期足与地面的间隙减小，当患者同时存在胫骨前肌无力时，摆动期的拖曳步态会更加严重[46]。当下肢近端远端肌均受累时，会呈现蹲伏步态，使髋、膝、踝关节负荷增加，引发疼痛[47]，影响患者的活动与参与[48]。Cloodt 等[28]的队列研究还表明，脑瘫患儿生命早期进行物理疗法、矫形器佩戴和BTX-A 注射治疗，可以延缓肌腱挛缩进程。目前针对肌肉肌腱单位短缩最常采取软组织手术，包括肌腱延长术、肌肉松解术、肌腱转位术等，但可能造成目标肌无力及新的肌力不平衡问题出现[21]。胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)是肌卫星细胞的正性调控因子，有研究表明电针能有效促进IGF-1 的表达，可能促进肌肉干细胞的增殖[49]。未来研究一方面需要改进手术术式，力争维持患者肌力，同时可放在提高肌组织IGF-1 表达及IGF-1的应用的可行性上。

3.3 高肌张力及痉挛

痉挛会加剧异常的关节姿势并抑制步态中正常的快速屈伸而呈现僵硬步态，影响步长、步速。抗痉挛的治疗主要包括口服药物、肌内注射BTX-A、鞘内注射巴氯芬，以及选择性脊神经后根切断术[4]。BTX-A 在儿科使用最广泛，注入肌肉后，胆碱能神经末梢乙酰胆碱的释放被阻断，随后出现失神经支配以抗痉挛[50]，但不能防止脑瘫患者肌肉萎缩。力量训练和BTX-A联合治疗比单独使用BTX-A治疗效果更好，注射后及6个月的MRI随访显示达到抗痉挛疗效的同时，没有出现肌肉萎缩[51]。在抗痉挛后恰当的时间加入合适的运动训练或神经肌肉电刺激治疗可作为缓解痉挛同时保存肌力的突破点。

3.4 选择性运动控制减少

当髋关节屈曲时，屈肌协同作用会限制摆动末期膝关节的伸展，导致足跟触地时膝关节屈曲增加，步长缩短。选择性运动控制减少还会使髋、膝关节从站立期的伸展状态过渡到摆动期的屈曲模式速度减慢，导致拖曳步态及摆动期足底与地面间隙减少，缩短步长、减慢步速。此外，当膝关节伸展时，伸肌的协同作用还会激活踝跖屈，导致步态最初前脚先掌触地。然而就目前而言，脑瘫患者即使接受了外科手术和长期的康复治疗后，运动控制能力的改善也很有限[52]，现可将神经肌肉电刺激(包括功能性电刺激)运用于特定的运动阶段，如在步态摆动末期刺激股四头肌伸膝并刺激胫骨前肌，可使足趾廓清离开地面，改善具体的异常运动模式以补偿运动控制能力进而改善步态。

4 小结

痉挛型脑瘫患者异常的步态模式会导致步行能量消耗更大，且因为生长发育、体质量增加，步行时会需要更多的能量，他们低效的步行模式常会更易疲劳[53]，进入日常身体活动减少的恶性循环[54]。综上所述，探索神经肌肉功能如何影响痉挛型脑瘫患者的步态可为治疗的精准性提供方向，有助于优化步态，预测运动能力及疼痛等的发生发展，更好指导个体化康复治疗计划的实施，同时也需要进一步的研究来更好地阐明其背后复杂的病理生理学机制。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。