本体感觉对青少年特发性脊柱侧弯的研究进展*

张 凯，余晓琦，颜可怡，张运山 综述，李扬政△ 审校

(1.浙江大学医学院附属邵逸夫医院康复医学科，浙江 杭州310016；2.浙江大学医学院附属第一医院康复医学科，浙江 杭州 310016；3.广西医科大学第一附属医院康复医学科，广西 南宁 530000)

青少年特发性脊柱侧弯是指儿童生长发育过程中发生的脊柱三维形态畸形，占青少年脊柱畸形的90%，是中国最常见的脊柱侧弯类型，且好发于女性[1-4]。其不伴随可识别解剖异常或其他疾病的特点[5]，无疑增加了探索发病规律的难度。AIS的病因研究涵盖了几乎所有可能的起源—遗传学、生存环境、荷尔蒙、生物化学、脊柱生物力学、神经学和生长发育[6]，这使研究者相信AIS是一种多因素疾病[1]。然而，这些因素是AIS的病因还是AIS发生后继发的异常表现，目前尚未有明确定论。其中本体感觉系统异常作为AIS病因的探究格外受人关注。目前，大量证据表明本体感觉系统异常与AIS的形成有着密切联系[7]，然而具体病理机制仍在探索阶段。明确本体感觉系统在AIS发展中的意义，对建立更科学的AIS诊治框架意义重大，因此有必要对现有的研究结果进行综述。本文旨在归纳当前AIS本体感觉系统最新进展，梳理AIS患者本体感觉系统特点并试图解释本体感觉系统促成AIS的可能机制。这将拓宽脊骨医生和康复师对于AIS康复新的认识，对于开展AIS患者本体感觉功能的临床诊疗及开发新的康复策略意义重大。具体综述如下。

1 本体感觉系统与AIS关联的功能假设

本体感觉，被认为是人体肌、腱、关节等运动器官在方向、空间位置、速度变化上激活本体感受器而传入中枢神经系统的感觉信息。事实上，本体感觉的感受器还涉及信号传导动脉、肺和肠道扩张的受体[8]。因为本体感觉系统如此广泛的分布及意义，被认为是构建身体地图内部表征最重要的感觉系统[9]，在大脑进行姿势调整和运动决策计划的过程中起到举足轻重的驱动作用[10-12]。然而，有研究发现，异常的本体感觉输入可能具有独立于运动作用于大脑的特点，即异常的感觉输入可能是肌肉张力异常的触发因素。基于此，关于本体感觉系统的异常是否与AIS关联才有了他独特的研究价值。许多猜想也随之孕育，如“两个阶段”理论猜想，即AIS是感觉输入与神经肌肉控制系统的缺陷所造成的，而后在青少年生长时期随着生物力学因素的改变而导致本体系统进一步恶化[13]。

2 本体感觉系统异常可能是促使AIS形成的重要病因

本体感觉功能异常与AIS的关联性已经被许多研究持续证明[15]。其中有研究凸显了本体感觉异常存在于AIS的独特性，即通过体感诱发电位检查发现：AIS与对照组在位置觉、震动觉方面的显著差异,而这些特点在先天性脊柱侧弯患者未发现类似异常。这提示了本体感觉系统异常可能是AIS独有，然而由于该研究未设计诱导脊柱侧弯的前后对照模型，无法说明本体感觉系统异常是AIS病因。关于本体感觉异常究竟是导致AIS的病因还是AIS的继发性表现，有待进一步的研究论证。

为了证明本体感觉异常是青少年特发性脊柱侧弯的病因之一，国内外学者尝试对正常小鼠本体感受器进行干扰，希望诱导小鼠发生类似脊柱侧弯的形态变化[16-17]。例如本体感觉系统调节因子Runx3或Egr3的分别敲除[17]导致的小鼠类似脊柱侧弯模型成功建立，以及调节本体感觉神经元机械转导的机械敏感性离子通道蛋白Piezo2[18]在本体感受神经元中的敲除导致的脊柱排列不齐和髋关节发育不良[16]，都证明了本体感觉信息异常与AIS的形成高度相关，且提示Runx3、Egr3及Piezo2[18]的突变将有可能与本体感觉系统异常造成AIS的分子机制有关。

基于本体感觉信息在姿势控制中存在不同的传入路径[19]，许多学者发现了存在于AIS不同于健康人的本体感觉通路，如SIMONEAU等[21]用美国Watertwon OR6-6型AMTI测力平台，测定压力中心位移发现AIS相比对照组，更依赖于踝关节本体感觉来控制静态平衡，而却在动态平衡的维持中表现出相比正常人更多的失衡。这与 LE BERRE等[20]学者的结论一致，提示了AIS的动态本体感觉系统紊乱更为严重，这可能与AIS动态本体感觉的输入及中枢整合不成熟有关，而不是静态本体感觉通路的问题。

研究发现，AIS的本体感觉异常不只体现在感受器以及传导通路上，本体感觉的中枢整合能力也异于健康人[21]。HAUMONT等[22]研究发现，AIS患者的中枢感觉权重调整系统运作效率较低，其负责驱动足部肌腱振动(踝关节肌肉的本体感觉)的速度可能较对照组反应更慢，而对于髋策略的启动与调用频率相对较高。也有学者发现，AIS患者在动态平衡过程中头部的晃动增加，提示前庭系统更多地参与了姿势控制。这与PIALASSE等[23]的试验得出的结果一致。以上结论都反映了AIS感觉整合失衡后，多感觉系统在中枢神经系统的整合下进行新的权重配比所表现在局部肌肉激活序列的倒置与整体上姿势与运动控制异常的特点[24]。然而，这种本体感觉异常造成的中枢整合代偿的现象，似乎主要是发生在青少年而非成年人。LAMBERT等[25]关于蝌蚪和成年草蛙单侧迷路切除的试验就很好得提示了这一点，即蝌蚪发生明显的脊柱侧凸畸形，而成年草蛙姿势恢复和骨骼没有明显变形。这可能与草蛙生长发育生存的环境从水里过渡到陆地之后，本体感觉系统的充分强化及神经系统的发育成熟可以更好地调整原有的感觉失衡问题，使得成年草蛙的姿势形态发生异常的概率减少。但也不代表AIS的发生不会出现在成年人，毕竟AIS 的形成受多种内外环境的影响，不利于脊柱正常发展的环境因素将有可能使得原本的脊柱失衡问题更加明显，瞿璐[26]在探究艺术体操运动对于专项运动员AIS的影响时也提出了相应的观点。当然，未来也需要更多的随机对照试验来求证这一流行病规律以及探究其背后的原因。

3 本体感觉系统异常将伴随AIS发展进程进一步恶化

如上所述，AIS患者存在于人体躯干姿势反射的环路中，感觉系统失衡已被许多学者认为是先行于生物力学结构造成AIS姿势不良的重要因素[27]。然而，在这种持续性脊柱姿势异常形成后，并不意味着AIS形态与功能上的稳态，因为已经形成的异常对线的过程中，有的不仅是组织力学特性长久的适应性改变，还包含了这种脊柱适应性代偿中本体感觉系统失衡的进一步恶化，这在脊柱椎旁肌的功能上有很直接的体现。

目前，针对AIS患者肌肉功能的研究主要围绕着稳定脊柱的椎旁肌展开，而椎旁肌的功水平不仅反映的是作为人体姿势反射弧中效应器的生物力学功能而已，还承担着将局部本体信息反馈给中枢进行感觉重整的重要工作。因此，椎旁肌的功能表现也正是本体感觉系统运行能力的直观体现。对于AIS的患者而言，持续性的不良姿势构成了不同程度上的稳定但错误的神经可塑性[28]。这将导致AIS脊柱相关肌群在持续反馈给中枢异常的本体信号时，中枢将在一定程度上失去准确调整外周感觉差异的能力，即错误的神经可塑性有可能诱导中枢神经系统作出错误的感觉权重分配[29]，从而输出错误的姿势控制模式。可想而知，如果错误的本体输入无法被及时调解，AIS的姿势将很难恢复，而且这种以本体感觉为主的多种感觉系统失衡甚至还可能进一步加重。

国内外学者们在关于AIS形成后的椎旁肌特点的研究中发现了许多异于正常脊柱的本体感觉系统异常，主要涉及“组织力学与生理病理”及“基因与分子生物学”2个层面的特点。

在组织力学与生理病理层面，报道了AIS椎旁肌失衡的相关特点[30]，主要表现为：(1)AIS凹凸侧椎旁肌纤维类型的分布特点。AIS患者椎旁肌Ⅰ型肌纤维相较对照组明显增加，且Ⅱ型肌纤维相对萎缩，该现象在凸侧更为明显；(2)侧弯严重程度与椎旁肌纤维类型的关系。AIS脊柱侧弯的严重程度可能与凸侧椎旁肌Ⅰ型肌纤维含量呈正相关[31]；(3)AIS椎旁肌凹凸侧肌电信号差异。凸侧的肌电信号的募集程度明显高于凹侧，且在等长收缩时脊柱凸侧椎旁肌的均方根值高于凹侧[32]；(4)AIS两侧椎旁肌肉形态差异。凹侧肌肉中胶原蛋白含量更多[33]，表现出来的肌张力、僵硬度明显大于凸侧[34]，且与Cobb密切相关[35]；(5)AIS椎间盘机械刚度降低及纤维环变性，被认为是脊柱侧弯形成后由于力学因素改变而继发形成的，而非原发性的病因[26,36-37]。

另外，在基因与分子生物学层面，调解椎旁肌体积发育的易感基因PAX3[38]、调整脊柱曲度发展的修饰基因TGFB1[39]及对肌肉质量至关重要的转录因子LBX1基因[40]，都被学者们证实与AIS的发生高度相关。再者，软骨细胞分化中起重要作用的转录因子SOX9，其表达减少也会导致严重的脊柱侧弯和进行性椎间盘退变，且随着患者年龄的增长，退变的严重程度增加[41]。

这些结论说明了AIS可能形成后脊柱两侧椎旁肌不同层面的组织特点，且随着脊柱侧弯程度的增加，变化趋势有增无减，也反映了AIS形成后这些肌肉功能异常对应的本体感觉系统呈进一步恶化的趋势。

4 本体感觉再学习将有助于改善AIS

如果错误的本体输入无法被及时调解，AIS的姿势和运动都将很难恢复。根据运动功能再获得的规律途径，本体感觉的输入是否正确是能否产生预期运动的先决条件[24]。这一点在SMANIA等[42]和MATUSSEK等[43]学者的研究中已得到了很好的论证，表明通过增强对身体的本体感知能力是确保脊柱侧凸患者躯干运动和姿势控制正常化的第一步，且在神经肌肉脊柱侧凸和潜在系统疾病的保守治疗中，通过改变触发区，改变压力方向和关节角度，以及对肢体施加阻力的反射运动，都能够起到增加本体感觉输入，激活先天性的运动模式，提高AIS患者对姿势的控制力。因此，重视AIS患者本体感觉异常的纠正意义重大，有其他学者也确实证实了这一点[44]。

纵观如今主流的AIS特异性综合训练体系，主要是基于对AIS关节位置和肌肉功能的改变来实现本体感觉系统再学习的目的，包括Schroth运动疗法[45]、脊柱侧凸的功能性个体治疗(FITS)、脊柱侧凸的科学锻炼方法(SEAS)及侧移运动方法等，另外一些辅助类治疗，比如辅具(如支具固定、矫形鞋垫)、针灸、徒手技术(如关节整复与肌肉推拿)、功能性电刺激、脊柱核心训练[44]等在AIS 中的运用，虽然不是直接与本体感觉相关的感官刺激疗法，但就其部分的作用原理来看，与局部本体感觉信息的改变仍存在不可分割的联系。例如，支具固定在AIS的保守治疗中十分常见，像是一种对应脊柱姿势的生物力学纠正装置，然而同样也是一种持续感官刺激的工具，即在帮助局部组织适应新的力学环境的同时，也在持续得向中枢反馈新的本体感觉信息，从而加快中枢正确可塑性的突触连接形成，纠正脊柱侧弯[42]。

然而，也并不是所有研究都指向本体感觉干预对于AIS存在正向反馈的，例如同样是可以改变本体感觉输入的矫形鞋垫，在部分研究认可其改善AIS 功能的同时，一些研究却认为矫形鞋垫无法改善轻微AIS患者的脊柱侧凸角度[46]。MÜLLER-GLIEMANN等[47]的研究也同样未观察到本体感受性鞋垫对于整个身体稳态运动控制和平衡的影响。其原因可能有以下几点：(1)造成AIS的可能病因除了本体感觉系统异常外，还有可能来自AIS神经肌肉控制的其他环节，甚至合并来自遗传学、生存环境、荷尔蒙、生物化学等其他层面[2]，故在试验前期纳入样本时若未进行病因方面的筛查与分组，则样本中由于本体感觉异常造成的AIS患者的比例就有可能影响试验结果，即通过矫形鞋垫改善非本体感觉障碍类脊柱侧弯的可能性就较小；(2)不同AIS患者本体感觉异常存在的形式不尽相同，若部分AIS患者踝足处本体感觉的异常并非造成AIS的关键信息，相反，有可能是AIS形成后继发形成的错误本体感觉，那么矫形鞋垫对于踝足本体感觉的输入纠正可能并不能对该类AIS 患者的功能改善有太大帮助。

综上所述，本体感觉系统异常可能会造成AIS，且会随着AIS 的进一步发展而恶化。对于本体感觉系统之于AIS 的这种重要性，临床上围绕AIS本体感觉系统再学习的保守干预方式也被认为有利于AIS 功能的恢复。无论是出于对临床康复方案的考虑，还是对于研究中试验科学性的考虑，AIS保守治疗的相关研究建议应更加注重AIS可能病因的探索及对应评估体系的建立，只有相对清晰地认识到样本中形成AIS可能的条件因素，才有可能探究更有针对性的治疗方案，并加以有效论证。临床AIS诊治工作也一样，所有治疗都应围绕着患者发生AIS 的可能病因展开，许多现有的特异性脊柱侧弯综合康复技术也并不能称得上是足够完整的治疗体系，还需要围绕病因进行更有针对性的完善与拓展。随把握好疾病本身形成的机制及治疗方案的作用机制，才能指导临床用更科学高效的治疗方法指导AIS患者的康复。