运动控制障碍的基本理论

Injection for Neuropathy 运动控制障碍的基本理论 励建安 南京医科大学第一附属医院 一、概念 1、运动控制 指肢体精确完成特定活动的能力。在狭义指上运动神经元体系对肢体运动的协调控制，涉及大脑皮质、小脑、脑干网状结构、前庭等。广义还包括下运动神经元病变、骨关节病变和神经-肌肉病变的参与。运动控制的基本要素包括力量、速度、精确和稳定。 2、运动控制障碍 特指具有一定的肌力和运动条件，但是无法控制动作的精确性和靶向性的临床现象。上运动神经元病变往往导致下运动神经元失控（过度兴奋或易化），由于肌肉痉挛或过度活跃、肌肉/关节挛缩、肌肉无力或麻痹、骨关节畸形，致使运动功能失衡，或运动控制障碍，影响患者活动。 3、神经支配的躯体运动形式： （1）反射性运动：运动形式固定，反应迅速，不受意识控制。主要在脊髓水平控制完成，包括感受器，感觉传入纤维，脊髓前角运动神经元及其传出纤维。中间神经元在反射性运动中可以有一定的调控作用。临床常见的反射有保护反射和牵张反射。例如疼痛的撤退反射等。此类运动的能量应用效率最高。 （2）模式化运动：运动形式固定、有节奏和连续性运动、主观意识控制运动开始与结束，运动由中枢模式调控器（central pattern generator，CPG）调控。除了CPG机制外，模式化运动已知与锥体外系和小脑系统的机能相关，出现下意识的横纹肌自动节律性收缩来“控制”。例如步行就是典型的模式化运动。 （3）随意性运动：整个运动过程均受主观意识控制，可以通过运动学习过程不断提高，并获得运动技巧。随意运动主要是锥体束的机能，由横纹肌的收缩来完成。皮层的随意运动冲动受两个神经元体系控制：a.上运动神经元-皮层脊髓束和皮层脑干束；b.下运动神经元。 三种运动形式之间没有绝对界限。 儿童的运动发育过程是沿着反射性运动-模式化运动-随意运动的顺序发展。而上运动神经元综合征的患者也是沿着类似的路径恢复。 高级运动功能则是从随意运动开始，通过专项的训练向模式化运动发展，最高境界是进入某种“反射性”运动的状态。例如高水平运动员的基本功就是指特定的模式化运动。高水平钢琴家的击键次数可以高达10次/秒以上。这种涉及数十块肌肉协调收缩的高速运动已经超过外周神经向脑高级中枢传递的速度，因此只能以有控制的“反射性运动”才能解释。为此，高水平的康复训练要促使患者从随意运动向新的模式化运动发展，甚至向有控制的反射性运动发展。 二、运动控制障碍学说 1、假说 （1）反射运动控制学说（reflex model of motor control，Charles Sherrington）：反射是一切运动的基础，神经系统通过整合反射来协调复杂的动作。控制运动的主要因素是：1）感觉刺激；2）反射弧；3）由反馈控制来修正动作。问：1）实验发现：即使缺乏感觉刺激仍可产生动作。2）动作执行前中枢神经系统可修正即将执行的动作。有些动作一旦执行后，就不能修正。 （2）​ 系统运动控制学说（systems theory of motor control）：1967年Bernsten提出，认为运动控制因人而异，根据个体需求、环境和目标而不断改变。感觉、认知和活动三者之间相互作用。中枢神经系统并不发出直接的指令，而是各部分一起整体互动，系统地进行整合。1）动作控制要以达成动作功能为目标；2）确认身体其他系统对动作控制的影响；3）动作控制需要考虑外在环境因素的影响；4）动作本身也遵循力学定律，相互影响。 （3）​ 阶梯运动控制学说（hierarchical control theory）：1940年Arnold Gesell提出，正常动作发展源自中枢神经系统的逐渐皮层化，皮层化使高级控制中心具有控制低级反射的能力。1978年，Bobath在此基础上提出了神经发育理论:认为中枢神经系统对于运动的控制一般分3个层次： A.最高层是大脑新皮层的联络区域和基底神经节，形成运动总策略，涉及运动的目的以及达到目的所采用的最佳运动； B.中层水平是运动皮层和小脑，与运动顺序相关，指平稳、准确达到目的所需肌肉收缩空间的时间顺序； C.最低层是脑干和脊髓，与执行动作相关，包括激活运动神经元和中间神经元，产生目的性动作并对姿势进行必要的调整。 2、运动控制的病理生理基础 (1)​ 大脑皮质命令形成和传递障碍 (2)​ 小脑、基底神经节和脑干网状结构功能障碍 (3)​ 脊髓中枢对运动控制：过度兴奋和中间神经元功能紊乱 (4)​ 中枢神经功能障碍导致的外周神经障碍 (5)​ 情绪、心理和认知功能障碍 (6)​ 神经-肌肉功能障碍 (7)​ 长期运动障碍导致的骨关节障碍 三、脑边缘系统的影响 1、解剖基础 Broca首先将边缘叶的解剖区域定义为一个围绕脑干的环。解剖学家至今没有确定解剖学上的脑叶作为边缘叶，而认为它是一个围绕皮层、间脑和脑干的复合系统，包括眶额叶及前额叶皮层、海马、海马回、扣带回、齿状回、杏仁体、隔区、下丘脑及一些丘脑的核团。应重视边缘系统内部相互关联的部分及其中纤维束的重要性，包括穹窿、乳头丘脑束、终纹、内侧前脑束和髓纹等。这些复杂的核团和相互关联的环路在行为及情绪变化、陈述性记忆及运动达中起到关键性的作用。缺少任何一个环节，都会影响整个环路活动的输出。 Brooks将大脑分为边缘性脑区和非边缘性感觉运动脑区。他将边缘性脑区的组成部分定义为初级性的，是生存的必要条件，引发需求导向性的生存运动活动。边缘性脑区还有记忆能力，可以选择从经验中学习。 Kandel等认为，行为需要三个主要系统，即感觉、运动和动机激发（边缘）系统。当分析一个表面看来很简单的动作，如挥舞高尔夫球杆时，我们需要募集视觉、触觉和本体的感觉输入以引导精确的运动、协调肌肉的募集和姿势的控制。 动机激发（边缘）系统有以下作用：在动作开始时提供有意识的动力；集成全部的感觉输入；在运动表达中起作用。动机激发系统在控制自主神经系统和躯体性感觉运动系统中都发挥作用，通过下丘脑将感觉输入到额叶、脑干、平滑肌和腺体，以控制骨骼肌的活动。 边缘系统的复杂性及对运动控制和皮层结构的联合影响是巨大的，治疗师在处理患者运动控制或认知学习障碍时必须懂得边缘系统是如何对行为应答产生作用的。对这些知识的了解，将有助于治疗师对临床治疗环境进行改造。 2、边缘系统与治疗环境的关系 （1）行为层次 层次1：为运动或精神活动的出现而必须保持的对内、外环境的警醒状态。脑干网状激活系统通过上行通路分程传递至丘脑、边缘系统和大脑皮层而引发广泛的激醒状态。 层次2：基于下丘脑和与之关系密切的边缘系统起作用，处理潜意识的动力和内在本能。与学习和记忆过程一样，生存导向性动力如饥饿、口渴、温度调节、繁衍以及减少动力所必需的步骤都是在这里进行加工处理的。如果患者总是意识到他的生存状态，就很难让他进行长时间的认知或运动程序的学习。因此治疗师让患者一开始就感觉安全是很关键的，这就需要治疗师将手放在患者身上，以去除患者摔倒的任何可能。 层次3：仅大脑皮层区被激活。该层次对言语或数量的本质进行抽象概念化处理。躯体感觉和额叶运动皮层在该层面共同作用，以有意识的和程序化的建立运动方案。前额叶区域可以影响这些运动方案的形成，因此再次说明了边缘系统对运动系统的影响力。 层次4：个人行为与行为方式、人格和生活方式的社会表现有关。同样的，边缘系统及与额叶的相关性对此环节极其重要。我们将治疗方式改为以患者为中心，正是体现该层面行为重要性的具体表现。 边缘系统功能的第五个层面—信心，可能成为现代自然科学与未解之谜之间的沟通环节。人们发现，一些患了晚期疾病的患者因为坚信自己会好转而痊愈。无论这种信心是来自于宗教的、精神的或自然科学的例证，都能给行为以动力，而这种动力有很大的边缘性成分。 （2）“MOVE”：Moore将边缘系统形象地描述为能“感动”我们的脑区。 M - 包括动机（Motivation）和记忆（Memory）两部分；“M”描写了边缘系统的动力部分。一个人在学习前必须要有学习的欲望，试图成功地完成工作、解决问题或者从环境中获益。动机不但促使大脑皮质结构形成较高级的认知联系，而且促使运动系统形成运动程序，使我们能够以最少的能耗和最有效的模式来完成运动。在功能性技巧的躯体感觉映像（认知）、学习所需要的注意力（边缘系统）、以及序贯的、多重的、同时发生的功能性活动程序（运动）三者之间存在着关联性。边缘系统的杏仁核和海马结构及其错综复杂的环路在陈述性记忆中起关键作用。 O - 代表嗅觉（Olfaction），一种对气味的感觉输入，可以产生强烈的警觉性和驱动力。嗅觉系统的突触发自嗅球，与边缘系统结构有突触联系，然后可能直接到达大脑皮质。嗅觉输入可以使患者保持安静或者唤醒患者，可以被治疗师有效利用以治疗内囊、丘脑等中枢神经系统部位病变的患者。如果采用有害的刺激气味来试图唤醒植物状态患者，有可能引起负性的警醒、恐惧、畏缩或焦虑现象，并使运动发生器的基线水平提高。这种感觉输入将患者置于行为层次2中的“生存防护状态”。如果采用令人愉悦的或患者喜好的气味，很可能使患者置身于行为层次2中的“安全状态” V - 代表内脏的（visceral）或自主性驱动力。位于边缘系统内部的下丘脑对内脏系统及外周交感和副交感神经的调控作用，反映了持续的边缘系统活性。患者如果显示对饮食缺乏抑制性控制或体温失调，可能提示下丘脑-垂体病变或下丘脑至中脑通路的损害。当患者的活动压力过大时，可能出现严重的掌心出汗或嘴唇活动反射失调，而不是运动功能的提高。治疗师必须持续监测患者此方面的行为反应，以明确患者的行为应答是运动控制的表现而不是边缘系统对运动系统的影响。如果给予患者的感觉输入过于强烈，无论是通过内部的或是外部的反馈途径，边缘系统都可能进入警觉的保护模式，功能将达不到最佳水平，学习能力将下降。患者可能出现身体或精神的退缩，失去关注焦点，降低欲望，逐渐产生失落感或愤怒的感觉。边缘系统的抑制可能是由于网状系统而不是边缘系统本身的超负荷造成的。 E - 指情感、情绪（emotions）,是个体独特的感觉、态度和信仰。这些信仰包括心理社会态度及偏见、种族教育、文化体验、笃信宗教以及精神性的观念。所有这些情绪反应都与边缘系统的杏仁复合体及额叶内的眶额部位活性有特殊的联系。这些部位是初级情感中枢，不但调节个体的自我评价（self-concept），而且调节个体对外部环境及环境内人群的态度和看法。各种感觉输入，包括听觉（音乐、治疗师的声音）、嗅觉、味觉、触觉、本体感觉、前庭觉及脏器系统功能紊乱都可能影响边缘系统的情感状态，同时还会通过下丘脑而影响脑血流。自我评价是体像（body image）的情感部分，可随心情的不同而发生变化。另一种自我评价是对个体在社会中的角色和价值的评判，这种评价可以随情绪发生变化，但似乎更多地随个人经验而改变。 3、动机的作用 动机的概念包括动力和满足感、目标引导的行为及激励机制。激发了动机的行为与以患者为中心及以家庭为中心的治疗模式相联系。Gordon认为，康复治疗中最强大的力量就是激发动机，显示边缘系统在康复中的重要性。反复强化及奖赏机制导致不断学习，期望值及行为的改变，工作能力的维持。 情感性学习一旦被反复强化就很难忘却。与负性情绪反应密切相关的运动行为可能是一种非常难以忘记的行为。因此，拥有中性情绪或成功以后正性强化感觉的运动行为的重复训练在治疗室内至关重要。 当患者做好成功的准备而治疗师不断增加运动任务的难度时，将会降低正性强化或奖赏作用，使患者减少尝试的欲望，并降低患者离开临床环境后仍拥有真实独立性的可能。 如果把快速改变患者功能的压力施加于治疗师，重复训练及由此产生的长时程记忆将会遭受危害。重复训练或患者渴望成功的任务（运动或认知）练习都将形成长时程记忆。重复训练及长时程记忆可以对患者的生活质量产生显著疗效，并使患者在离开医院后仍保持长期的治疗效果。 运动控制理论与边缘系统的研究成果在强化机制上是重叠的。让患者在多种允许纠错的环境背景中不断进行内在反馈过程，将导致更多的记忆保留。如果没有反复练习或缺乏学习欲望，运动学习的成功机会将很小甚至不存在。 举例：有一辆新车，油箱里已注入足够的汽油，引擎机械装置拥有所有的线路和联锁部分，但如果没有启动系统的机械装置，这个引擎不会被发动。基底核或额叶运动机构在大脑中就扮演了这个启动装置的角色。但是，如果没有开动汽车的愿望的话，即使有发动机也不能激活马达系统。边缘系统在大脑中就起到这个作用。汽车具有适应各种不同的环境及自我调节能力，正如中枢神经系统内的许多运动系统，尤其是小脑，可以发挥相应的功能。 一个人的边缘系统可能情绪化的选择开快车，然而他的认知判断能力可能不这样选择。这两种选择相互作用的结果决定这个人给予刹车踏板的压力，并最终调控他所驾驶的汽车。上述部分在汽车的整体功能中起关键作用，正如我们中枢神经系统内的所有系统在调控对环境的行为应答中所起的极其重要的作用。 4、训练技巧 （1）在目标导向性行为中采用程序性运动可能提升运动技巧。治疗师必须确认患者的注意力是放在目标任务上，而不是运动本身的分解动作上。如果缺乏有关目标导向性活动的结局、反馈及需求的相关知识，那么学习只能靠反复死记硬背而没有分析，难以形成有意义的知识或有效的运动记忆。认知或边缘系统功能障碍的儿童可以通过反复训练来学习基本运动技能，但将该运动学习转移至其它背景的意识和能力都不高。Schmidt提议，应当围绕目标导向性活动设计治疗程序，以便从运动系统中诱导出高水平功能，并能够进行目的性学习。这个过程存在强烈的情绪背景。目标导向性活动通过将患者置于一种强制形成“适宜策略”的情境，指导患者分析环境需求。目标导向性活动应当是功能性的，包括动机、深远的意义及有选择的专注力。功能再训练及本体感觉再训练都在干预中采用了上述观念。 （2）在治疗程序中可以将特殊技术，如本体促进技术（PNF）、Bobath技术、Rood技术及掺入到目标导向性活动中，以使患者获得长久的功能，并允许患者进行自我修正。Feldenkrais技术：又称魁根斯，即通过简单的动作练习，唤醒平时甚少活动的身体部位，使身体动作更加轻松自如和灵活。 （3）患者主动参与的价值。患者对学过的技能深入了解，将会更好地调整这些技能以满足对不同环境及要求的特殊需求，并采用应答反馈来引导调整过程。上述信息被用来设计需求导向性的训练动作或程序，并激发患者有意识、有目的的学习欲望。因此，关键在于了解患者的特定目标，只有在与那些有要求、有愿望并参与到康复结局设计的患者进行沟通后才能获得。例如：治疗师不能做出“某人想做某事”的假设。有一位患者不想工作，如果治疗师和蔼可亲地告诉患者能让他站起来走路、重返工作岗位，有可能使患者产生抵触情绪，并降低康复欲望。而在了解患者的康复目的后才知道，他每天情绪高涨地到治疗室进行步行训练，只是为了到山林里看鸟而不是重新走回办公室。 （4）治疗师的价值。由于边缘系统与运动系统相关联，治疗师对患者情绪状态的感受可能是了解患者治疗过程中运动应答的关键因素。患者感觉安全就会放松，不会带着强烈的情绪反应参与学习。现在的医疗环境强调患者主动运动及自行修正运动程序，许多治疗师认为他们不需要也不应当与患者接触。治疗师通过言语而非身体的接触来纠正患者的运动，是听觉系统取代本体感觉系统的外部反馈过程。声音与身体接触一样，可以安抚患者并给予信心；但语言不能替代有力的接触给身体及情绪带来的信赖感和安全感。治疗师及患者之间的紧密联系和信任往往是通过接触而不是语言交流产生的。 信任是治疗成功的关键因素，治疗师通过自己的行动赢得患者的信任。信任也来自于治疗师承认患者存在生活能力受限问题，并对日常生活活动有情绪和运动方面产生影响。诚实和事实产生信任。如果治疗师告诉患者不会对他造成伤害，但持续在无痛范围之外活动关节，这种不诚实也不是事实的行为就不能使患者产生信任感。当患者用言语或躯体反应如愁眉苦脸显示疼痛时立即停止康复动作就可以获得患者的信任。因此需要反复强调尽量减少或避免疼痛。 治疗师除了要能体会患者的痛苦，还应当采取各种治疗技术尽可能地缓解疼痛。这些技术包括手法调整生物力线及关节活动，活动肌筋膜使纤维滑动，以及在运动程序下进行拉伸和压迫等关节转动。一旦治疗师获得患者的信任，就能自如移动患者而不引起抵抗，不会使患者产生恐惧或自我保护的念头。此时对患者进行评估或干预更能始终如一地反映患者运动受限或运动障碍的情况。信任，意味着尽管存在危险仍会接受治疗，潜在的伤害、疼痛或失败的可能性很小，值得为期望获得的结局而冒险。 治疗师还必须要有足够的自信，认识到自己能有效改善患者病情。如果治疗师对自己的治疗技能产生怀疑，动作就会变形、走样，对患者的传入冲动就会发生改变，进而改变患者的运动输出和期望的运动应答。与信任关系密切的概念是责任。医务人员对自己的行为承担责任是显而易见的，并把责任作为职业角色的一部分来接受。承认并允许患者有对自我运动环境承担责任的权利也是建立成功的临床环境及使患者具有独立人格的关键因素。