脊髓节间反射在康复治疗中应用的研究进展

连洁，安丙辰，郑洁皎

复旦大学附属华东医院康复医学科，上海200040

脊髓不同节段神经元之间通过脊髓固有神经元的突触联系协同完成的反射活动称为脊髓节间反射。脊髓节间反射属于脊髓水平的反射，有赖于脊髓固有神经元的参与，这些神经元的轴突在外侧索上行或下行，终止于相邻节段的中间神经元或运动神经元[1，2，3]。脊髓节间反射可以表现为多种形式，如长脊髓通路反射、搔扒反射、共同运动、联合反应等。在动物研究中发现脊髓节间反射对姿势维持和运动控制均具有重要作用，通过对节间反射的分析，使用人工神经网络可以预测动物足的运动[4]。因此，脊髓节间反射相关机制的研究将有助于运动治疗、矫形器、机器人、功能性电刺激等康复治疗方案的设计，可为多种康复治疗技术及设备的研发提供理论依据。目前，脊髓节间反射在康复治疗中的应用仍在探索阶段，但相关运动形式已经运用到了脑卒中偏瘫、脊髓损伤、呼吸系统、泌尿生殖系统损伤等的康复治疗中。本文就脊髓节间反射在康复治疗中应用的研究进行综述，以期为临床康复治疗提供新思路。

1 脊髓节间反射在脑卒中偏瘫康复治疗中的应用

脑卒中是临床最重要的致残原因之一[5]，偏瘫是脑卒中后常见的功能障碍，严重影响患者日常生活活动能力。因此，改善脑卒中偏瘫患者的运动功能是康复医学所面临的重要问题。

脑卒中偏瘫患者特有的联合反应、共同运动均与脊髓节间反射密切相关[1,2]。联合反应是指中枢神经受损后，上运动神经元的调控作用减弱或消失，脊髓神经元激活“泛化”，失去随意控制所释放的原始性姿势反应。共同运动是指偏瘫患者失去上位中枢抑制作用的情况下，在试图完成某项活动时所引发的一种刻板的原始运动模式。共同运动与联合反应均是失去上位中枢抑制作用后脊髓原始反射的暴露，只是所涉及的脊髓节段不同，从而表现形式不同[6]。

脊髓节间反射是偏瘫肢体共同运动和联合反应的重要机制。脑卒中患者股神经的刺激可引起比目鱼肌H 反射的早期易化和后期抑制。股四头肌和比目鱼肌之间的节间易化作用增强和抑制作用减弱，可能导致这些肌肉在功能任务中异常的协同活动增加，从而可能会增加中风后偏瘫患者下肢出现的异常伸肌协同效应[7]。在偏瘫步态中，膝关节和踝关节伸肌的共同激活增加，与脑卒中患者股四头肌和比目鱼肌节间易化通路的改变有关，脊髓节间通路的异常可能导致腿部伸肌时间的异常[8]。深入探讨偏瘫患者脊髓节间通路的改变及其程度与运动障碍的关系，利用或抑制脊髓节间反射，打破异常的脊髓反射模式，将有助于探索偏瘫肢体功能康复的新方法，提高临床治疗效果。

上肢的运动训练可改善脑卒中偏瘫患者的步行能力。脊髓动物前后肢活动常表现一定程度的协调性，这种协调性建立在脊髓各节段中间神经元之间的相互联系上，常被称为长脊髓通路反射[1]。研究表明，颈、腰部神经回路通过长脊髓固有神经元连接，控制反射的兴奋性，促进肢体运动的偶合[9]。通过上肢手臂的训练，可以兴奋颈腰部神经回路，增加上下肢的运动协调[10]。在脑卒中患者，上肢有节奏性的运动训练可以改善患者的步行能力[11]，这提示将上肢的运动训练纳入到下肢康复治疗计划中或许能产生一定的康复治疗效果。另外有节奏的腿部运动也可以影响桡侧腕屈肌H 反射[12]，提示我们下肢康复介入到上肢康复计划中也具有一定意义，但尚需要更多研究。

四肢联动、功率自行车、MOTOmed 等智能运动训练已经广泛应用在偏瘫的康复治疗中。已有试验表明[13]，四肢联动训练治疗偏瘫效果更为显著。这突出了上下肢联合训练在偏瘫治疗中的重要作用，但缺乏相关机制的探讨，或许应用长脊髓通路反射可以解释其中一部分原因。未来需要进一步探讨具体的节间通路在脑卒中偏瘫患者不同功能障碍中所发挥的作用，利用脊髓节间反射调节多个脊髓节段上下通路之间的活性，改善脑卒中偏瘫患者的肢体间协调，将会有助于偏瘫患者运动功能的康复。

2 脊髓节间反射在脊髓损伤康复治疗中的应用

脊髓损伤后，手术干预、药物治疗、细胞移植等方法的疗效均有限，许多研究者期望通过康复医学工程让患者恢复更多的日常生活活动能力，实现最大程度的生活自理,尽早回归社会[14]。近年来，硬膜外电刺激作为脊髓损伤后恢复肢体协调运动的治疗方法开始受到重视。硬膜外电刺激促进脊髓损伤后肢体产生行走能力与脊髓固有神经元及节间反射的激活有关[15]。脊髓损伤后，硬膜外电刺激应用于腰椎脊髓，能够协调站立、行走等运动。已有报道，当硬膜外电刺激与运动训练结合，能使脊髓损伤后下肢感觉运动完全丧失的人实现踏步[16]。硬膜外电刺激作为一种神经调节技术与康复锻炼结合能够激活脊髓网络，促进脊髓损伤后神经功能的重组，为脊髓损伤的康复治疗提供了一个新的途径。另一方面，也有报道表明[10]无创经皮脊髓电刺激应用于颈椎节段可以显著调节腰部神经回路，有助于改善步行能力。将经皮脊髓电刺激作为一种调节脊髓回路的方法，对神经损伤后恢复运动功能具有一定意义。但是各种神经调节技术应用于康复治疗的具体策略还需要更多的临床研究。

研究表明，运动训练可以重塑脊髓损伤后的脊髓运动网络。运动可以上调部分神经营养因子，神经营养因子为神经元提供支持和保护作用，在脊髓损伤的情况下，上调的神经营养因子可能与脊髓反射的调节有关[17]。Shah 等[18]证明脊髓损伤的大鼠进行四足跑步机训练比仅后肢跑步机训练激活更多的脊髓固有神经元，能更大程度的促进后肢运动功能的恢复。在人体，脊髓损伤患者的上肢和下肢之间的协调性通常会受损甚至消失，上下肢同时参与运动训练可以更好的调节腿部的脊髓反射。将正常的手臂摆动纳入运动训练或日常生活中可增强投射到脊髓网络的下行通路，从而调节腿部的运动[19]。以脊髓固有神经元为治疗靶点激活脊髓节间通路，调节腰椎脊髓网络的兴奋性，对实现脊髓损伤后的功能恢复具有重要意义。因此，对于脊髓损伤患者出现的下肢运动障碍，可以将上肢的运动训练加入到康复治疗计划中，而不是仅仅针对腿部的康复治疗。

屈肌反射是一种伤害性刺激引起的四肢屈肌收缩的活动，Sandrini 等[20]认为屈肌反射是一种多突触和多节段性脊髓反射，皮肤伤害感受传入的兴奋可以激活脊髓中间神经元间的通路，从而激发屈肌并抑制伸肌，构成了一种防止肢体受损的保护机制。脊髓损伤后，足底皮肤传入对屈肌反射的调节作用与神经完整者不同。这和足底皮肤传入信号与多个脊髓节段间的脊髓中间神经元回路相互作用有关，并可能促进运动的恢复[21]。另外,在搔扒反射中，刺激动物腰背部皮肤可引起后爪的一阵规律动作[3]，均提示我们利用感觉运动机制调节不同节段和节段间脊髓水平的脊髓通路的运动神经元活性，有助于恢复脊髓损伤患者的运动功能。如何利用感觉刺激促进脊髓损伤患者运动功能的恢复还需要在临床实践中找出有更有效的方式。

除了脊髓损伤，脊髓节间反射也应用于其他脊柱疾病的康复中。Kang 等[22]发现了腰椎节间反射通路的电生理证据，认为相邻腰椎之间的反射通路有助于运动中的协调。来自内侧椎旁组织的感觉刺激能反射性地改变邻近腰椎节段的传出活动，可能导致与慢性腰背痛和腰肌痉挛有关的生物力学变化。未来可以研究腰椎节间反射的具体路径，了解其功能，有助于指导脊柱损伤及相关疾病的康复治疗，并探索出更多腰椎疾病的康复治疗方法。

3 脊髓节间反射在呼吸康复治疗中的应用

脊髓节间反射在呼吸运动中发挥着重要作用，颈脊髓损伤后，脊髓节间反射有助于协调呼吸肌的活动。由于脊髓固有神经元具有传递和处理感觉信息、协调呼吸运动的功能，可以通过刺激肢体肌肉的感觉传入输入与脊髓水平的呼吸运动神经回路之间的特定连接来调节通气[23,24]。另一方面，脊髓内有连接运动和呼吸回路的节间相互作用，当颈髓被横断时，瘫痪的膈肌运动神经元可以被腰椎回路驱动[24,25]。因此，在进行呼吸康复时，不应该忽视四肢的刺激和运动，通过反复的刺激和运动可以激活更多肌肉，有利于呼吸功能的改善。目前，基于重复进行肢体刺激和运动的康复治疗方法在改善呼吸功能方面越来越受到认可，但是，对于人体最有效的肌肉选择以及刺激方式等，尚需要更多研究以明确最优化的康复治疗方案。

脊髓节间发射不仅在激活时可以改善呼吸运动，抑制性的节间反射在呼吸功能中同样起到重要作用。McBain等[26]证明了在有临床完全病变的颈脊髓损伤患者中，吸气肌对气道阻塞反应的短潜伏期抑制通常是不存在的，完整的脊髓在反射抑制的发生中起着关键作用，这可能需要涉及到多个吸气运动神经元池的完整的节段间网络的输入。这种抑制性反射的缺乏可能会增加颈脊髓损伤患者误吸的风险。随后，他们证明人类吸气运动神经元池存在节间抑制性反射，称为肋间-斜角肌反射。由于反射需要完整的脊髓连接，使之可能成为一个恢复胸或颈脊髓损伤的重要标志。肋间-斜角肌反射联合常规感觉检查可监测损伤后跨损伤部位节段间神经连接的进行性变化或治疗所产生的变化[27]。今后，或许可以利用这种节间抑制性反射减少颈脊髓损伤患者及脑卒中患者的误吸并进行胸或颈脊髓损伤治疗的康复评定，进一步扩宽临床康复治疗及评定的方法，但其中机制需进一步明确。

4 脊髓节间反射在泌尿生殖系统康复治疗中的应用

泌尿生殖系统部分功能的调节与脊髓节间反射有关。Vera 等[28]证明了大鼠与排尿有关的腰骶部节间反射通路。刺激阴部神经，有一个上升的节段间脊髓回路，将感觉信息从阴部神经传递到腰椎脊髓，这种上行脊髓通路可能介导女性生殖道中血管扩张的脊髓反射激活[29]。Ertekin 等[30]通过研究正常对照组、脊髓损伤患者及早泄者的提睾反射和球海绵体反射，不仅为腰骶部节间反射路径提供了证据，并且说明此途径与男性射精过程存在关系，部分早泄患者腰骶部节间反射回路可能存在功能障碍。Hubscher 等[31]对脊髓损伤小鼠进行跑步机训练，发现肢体的运动训练有助于尿路功能的康复，并认为这与运动训练可以增强腰骶部反射回路的脊髓网络兴奋性有关。随着脊髓节间反射及通路在泌尿生殖系统中应用的研究增多，或许可以开发出从腰椎脊髓或肢体入手的康复治疗方法，将有助于在保护患者隐私的情况下进行更有效康复治疗。

5 总结与展望

脊髓节间反射与人体的功能协调密切相关，激活或抑制脊髓节间反射将有助于人体正常功能的康复。此外，脊髓节间反射是一个涉及两个及以上脊髓节段的空间概念，将在空间上分离但功能相关的神经元联系起来，执行协调运动控制，提示在康复治疗中可以采用由远及近、由近及远等的跨区域治疗，这为局部瘫痪、制动等原因所致不能进行局部治疗的情况提供一个很好的治疗选择。随着研究的不断深入，相信利用脊髓节间反射通路进行的康复治疗方案将会进一步拓展临床康复治疗思路。