青少年特发性脊柱侧弯患者在涉及旋转与伸展的等长力量复制任务中表现出受损的躯干感觉运动控制

《North American Spine Society Journal (NASSJ)》：Impaired trunk sensorimotor control during isometric force reproduction involving rotation and extension in adolescents with idiopathic scoliosis

　　

背景：青少年特发性脊柱侧弯（AIS）影响2–3%的青少年，可能涉及感觉运动整合（sensorimotor integration）的改变。尽管躯干肌的本体感觉（proprioceptive）反馈对脊柱对线至关重要，但AIS中的躯干感觉运动控制仍缺乏充分表征。方法：在这项横断面对照实验室研究中，24名AIS青少年与20名年龄和性别匹配的健康对照（CTR）在两种幅度（15%和30%最大自主收缩（MVC））和五种方向（0°、±10°、±20°旋转）下产生躯干伸展等长力（isometric force），并有实时视觉反馈，随后在5秒延迟后无反馈地复制这些力。计算幅度和方向力复制误差（常误（constant error）和绝对误（absolute error）），分别表示为最大自主收缩的百分比和度（°）。结果：在中立位（neutral position），未观察到组间差异。在15% MVC下的躯干旋转期间，AIS受试者表现出显著更大的幅度常误（过冲（overshooting）），且表现随旋转角度而变化。在30% MVC时，AIS组的幅度过冲持续存在。方向准确性受旋转角度调制，两组在更极端旋转（±20°）时误差更大。探索性相关分析提示AIS受试者中较年轻年龄与较大幅度误差之间可能存在关联，而对照组中未观察到此模式。结论：AIS青少年仅在联合伸展与旋转条件下表现出力复制缺陷，提示在不对称负荷（asymmetric loading）下躯干感觉运动控制发生改变。

该研究论文发表在《North American Spine Society Journal (NASSJ)》。研究背景方面，青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis, AIS）是最常见的脊柱畸形，人群发病率约2–3%，表现为脊柱三维畸形（侧弯、轴向旋转、矢状面曲度减小），病因被认为多因素包括遗传、生物力学和神经因素。已有证据提示AIS可能存在感觉运动整合（sensorimotor integration）与处理异常，肢体关节重定位（joint repositioning）任务显示AIS患者位置觉（position sense）受损，体感诱发电位（somatosensory evoked potentials, SEP）可见上升时间延长及凹侧（concave side）反应更慢等中枢/外周本体感觉（proprioceptive）处理改变。但既往多聚焦四肢关节，躯干轴向肌的感觉运动控制（trunk sensorimotor control）在AIS中仍不清楚；且力复制（force reproduction）任务可提供不同于位置匹配的位置觉信息，能评估运动指令与感觉反馈整合以达成预期输出的能力。因此研究人员假设AIS患者在躯干力复制任务中表现差于健康对照，且在需不对称肌激活的躯干旋转条件下损害更明显，从而开展本研究。

为开展研究，关键的技术方法如下：采用横断面对照设计，AIS组24人来自儿科骨科门诊（确诊AIS，年龄10–19岁），健康对照（CTR）20人年龄性别匹配，经Adam前屈试验排除脊柱畸形；采集人口学、Cobb角、Risser征、意大利脊柱青少年生活质量（ISYQOL-F）等资料；实验设置：受试者背靠刚性背板、骨盆用腰带固定以隔离躯干运动，C7棘突下5 cm处放置三维测力传感器（model MC3A, Fx为左右侧向力对应躯干旋转，Fz为前后向力对应躯干伸展，Fy垂直力），实时视觉反馈为箭头（长度=力幅度，方向=躯干旋转方向），监测距离1.5 m；先测定各方向（0°、±10°）下MVC（maximal voluntary contraction），主任务为力复制：出现目标箭头（幅度15%或30% MVC，方向0°、±10°、±20°），有视觉反馈下生产并稳定力10 s，同时消失目标与反馈，受试者放松回中立位5 s（记忆延迟），再无反馈复现同样力幅度与方向并保持15 s，每条件重复6次；信号以1000 Hz采集，4阶Butterworth低通滤波（截止4 Hz），计算净力F_Net=√(F_x²+F_z²)和方向θ=atan2(F_x,F_z)；用滑动1 s窗标准差（<5 N持续1 s）判定稳定段并取1 s数据分析；幅度误差=F_z复制均值减目标值（%MVC），方向误差=θ复制减目标（°），分常误（有符号）和绝对误（无符号）；统计上中立位用独立样本t检验（非正态用Welch），旋转条件用Group×Rotation线性混合模型（参与者为随机截距）或重复测量ANOVA（Mauchly检验违反球形时用Greenhouse-Geisser校正），探索性相关用Bayesian相关（非正态）和Pearson，AIS组内用Welch t检验与线性混合模型等，软件JASP，α≤0.05。

研究结果部分：中立条件（Neutral conditions）：在0°旋转、15% MVC和30% MVC下，幅度常误、幅度绝对误、方向常误、方向绝对误均无组间显著差异（all p>0.05），说明对称躯干伸展力复制时AIS与对照相当。

旋转条件（Rotation conditions）：15% MVC幅度复制（Amplitude reproduction at 15% MVC）显示Group主效应显著（F(1,42)=6.77,p=0.01,偏η²=0.14），AIS有更大正误（过冲：AIS均值≈4.02% MVC，CTR≈1.04% MVC）；Rotation主效应显著（F(3,126)=6.32,p<0.001,偏η²=0.13），±20°比±10°误差更大（差=2.55% MVC,p<0.001）；Group×Rotation未达显著（p=0.06）。幅度绝对误无Group主效应（p=0.12），但有Rotation主效应（p<0.01）和Group×Rotation显著（F(3,126)=3.08,p=0.03），分解后在+20°时AIS误显著大于CTR（差=2.75% MVC,p=0.04）。15% MVC方向复制（Directional reproduction at 15% MVC）：方向常误无Group、Rotation及交互效应（all p>0.05，经Greenhouse-Geisser）；方向绝对误无Group主效应（p=0.19），有Rotation主效应（p=0.03，±20°>±10°差=2.47°,p=0.003），无交互（p=0.48）。

30% MVC幅度复制（Amplitude reproduction at 30% MVC）：Group主效应显著（F(1,42)=5.70,p=0.02,偏η²=0.12），AIS过冲更大（AIS≈1.05% MVC，CTR≈-1.93% MVC）；Rotation主效应显著（F(3,126)=7.88,p<0.001,偏η²=0.16），±20°>±10°（差=3.99% MVC,p<0.001）；Group×Rotation不显著（p=0.57）。幅度绝对误无Group、Rotation及交互效应（all p>0.05）。30% MVC方向复制（Directional reproduction at 30% MVC）：方向常误无Group及交互（p>0.05），有Rotation主效应（p<0.001,偏η²=0.44，±20°>±10°）；方向绝对误无Group及交互（p>0.05），有Rotation主效应（F(3,126)=18.66,p<0.001,偏η²=0.31），但极端vs中等对比不显著（p=0.43）。

与受试者特征的相关（Correlation with participants characteristics）：探索性分析显示AIS组平均幅度绝对误与年龄有弱负相关（Bayesian r=-0.18,BF₁₀=3.15），即较年轻AIS可能有更大误，对照组建无此关系（r=0.08,p=0.74）；多变量回归中加入Cobb角未提升模型（BF₁₀=0.52），Cobb角与各项误差均无显著关联（all p>0.20）。

曲线特异与支具治疗分析（Curve- and brace treatment-specific analyses）：AIS组内比较戴支具（brace）（n=8）与不戴（n=16）在所有误差指标上均无显著差异（all p>0.30,Cohen’s d<0.50）；相对凸侧（convex side）方向：在30% MVC方向常误上有显著主效应（F(1,23)=6.46,p=0.02,偏η²=0.22）及与旋转幅度交互（F(1,23)=7.03,p=0.01,偏η²=0.23），转向凸侧时方向常误更低（转向凸侧≈-0.01°（10°）和-1.46°（20°）；转向凹侧≈0.98°（10°）和1.88°（20°），差=-2.16°,p=0.02），其余指标无显著方向效应。

讨论部分总结：研究人员发现AIS患者在中立位躯干伸展力复制时与对照无差异，但在联合伸展与旋转（不对称躯干肌激活）条件下出现系统性幅度过冲（常误为正），且15% MVC时幅度绝对误在极端旋转（+20°）更大；方向误差主要受旋转角度影响（±20°更大），两组均如此，组间方向误差无持续差异；30% MVC时幅度过冲仍存在于AIS但绝对误无组差。这说明AIS的躯干感觉运动控制改变仅在需不对称负荷（asymmetric loading）即联合伸展-旋转时显现，可能反映不对称躯干本体感觉信息处理改变或神经控制异常，而非基本运动复现能力缺损（中立位正常、有视觉反馈生产阶段组间无差）。探索性年龄关联提示年轻AIS可能有更大误差，但Cobb角与误差无关，提示感觉运动改变可能独立于畸形严重程度，若在发病前存在则可能与发育关键期脊柱生长受影响有关，需纵向研究验证。AIS组内凸侧方向在30% MVC方向常误上有偏向（转向凸侧误差更小），但仅单项指标需谨慎解释。临床意义上，结果提示未来康复中可针对不对称负荷下躯干旋转成分设计感觉运动训练；局限性含横断面不能推断因果、样本偏小、力水平选在感知亚优范围（15%、30% MVC）可能限制检测力气效应、静态等长任务不完全反映日常动态需求。结论（Conclusion）翻译：本研究表明青少年AIS患者在联合躯干伸展与旋转条件下特异性表现出力复制缺陷，提示在不对称负荷下躯干感觉运动控制改变。探索性观察发现较年轻AIS受试者误差更大，提出这种改变可能与发育过程有关联，值得纵向研究。