作者：天津体育学院运动健康学院 刘文洁
青少年特发性脊柱侧凸（AIS）是一种病因不明的三维脊柱畸形，国际脊柱侧凸研究学会（SRS）将冠状位Cobb角≥10°的脊柱侧凸定义为AIS。AIS发生在青春期早期，在青春期生长高峰期间进展。在青少年中，AIS患病率约为1%～3%，且女孩患病率更高，男女患病比例约为1∶3。AIS不仅会导致躯体外观异常，还会继发心肺功能障碍、活动能力和生活质量下降等问题。椎旁肌对脊柱稳定有重要作用，是维持脊柱两侧负荷平衡的关键。根据脊柱侧凸的Hueter-Volkmann定律，双侧椎旁肌不平衡会对脊柱施加不对称负荷，从而引起脊柱的不稳定与侧凸，并进一步加重AIS侧凸程度。临床上AIS常见治疗方法是手术治疗和保守治疗，手术治疗存在风险高、创伤大，且可能导致术后功能受限等问题，通常优先选择保守治疗。因此，寻找安全有效的治疗手段以促进AIS患者的康复仍是治疗的关键。20世纪80年代，椎旁肌电刺激在AIS中已有小范围应用，但由于缺乏足够的临床证据支持，这种治疗方法长期以来被忽视。近年来，随着仿真建模技术的进步、电刺激的发展以及国内外对AIS研究的不断深入，椎旁肌电刺激在AIS治疗中的应用价值逐渐受到重视。笔者就椎旁肌电刺激在AIS中的治疗机制以及应用方面进行总结分析，为后续相关研究提供理论依据。
椎旁肌电刺激治疗AIS的机制
AIS患者椎旁肌在分子生物学上存在基因表达异常，这些异常影响椎旁肌的组织学特征，主要表现为椎旁肌肌纤维类型的变化。肌纤维类型的变化与肌肉的横截面积、体积以及脂肪浸润度之间存在相互关联。当两侧椎旁肌在组织学上出现不对称时，脊柱的生物力学平衡也随之改变，引起椎旁肌的肌力和功能下降，从而导致脊柱侧凸（图1）。椎旁肌电刺激的治疗机制在于通过改善AIS患者椎旁肌的分子生物学、组织学和生物力学特性，进一步改善Cobb角、椎体旋转等指标，从而提升患者的生活质量。
椎旁肌分子生物学改变 椎旁肌两侧肌肉不对称被认为是AIS发生和发展的重要因素。AIS椎旁肌两侧蛋白激酶B（PKB/Akt）-环磷酸
AKT-CREB-MYH3信号通路
电刺激能够以多种方式影响生物细胞的结构和功能，从而调控细胞内的信号通路。Zhong等研究了交流电刺激对神经元的影响，发现使用交流电刺激可以显著激活AKT信号通路，进而促进神经元中神经突起的生长和神经可塑性的增强。De等对部分瘫痪的脊髓损伤大鼠的肱二头肌进行了早期周期性神经肌肉电刺激治疗，并与未接受治疗的脊髓损伤大鼠进行了比较，研究发现，接受神经肌肉电刺激治疗的脊髓损伤大鼠的肱二头肌力量显著高于未治疗的脊髓损伤大鼠。这一效果与Akt信号通路的磷酸化增强有关，表明电刺激可能通过激活该信号通路促进肌肉力量的恢复和增生。Hu等采用电刺激处理C2C12-GLUT4HA骨骼肌肌管细胞，结果显示，电刺激可以显著增加AKT蛋白的磷酸化水平。以上研究均表明电刺激可以影响AKT活性。
AKT的激活能够促进CREB的磷酸化，从而增强其转录活性，进而调控细胞的功能和反应。CREB并不直接参与MYH的编码和表达，但作为转录因子，它调控与肌肉发育和肌肉疾病相关的MYH3基因表达。MYH3基因的突变会改变相关蛋白的磷酸化水平，进而影响ATP酶活性和肌肉能量代谢。因此，电刺激可以直接激活AKT，使CREB发生磷酸化，从而上调MYH3基因表达，促进Ⅰ型肌纤维形成，并激活AIS患者椎旁肌凹侧的AKT-CREBMYH信号通路。
YAP-PAX7-MYH7信号通路PAX7是一种在调节肌肉干细胞扩增和分化过程中起关键作用的转录因子。它通过重塑染色质来调控细胞的基因表达，从而提高肌肉干细胞的增殖能力。研究表明，PAX7在AIS患者椎旁肌中表达不对称，可能与AIS的发生相关。YAP是一种重要的转录调节剂，在细胞增殖、分化和凋亡的调控中起关键作用。YAP能够影响肌肉干细胞的增殖、肌肉蛋白质的合成以及肌纤维类型。Bharadwaj等的研究表明，通过使用CA3抑制剂抑制骨骼缺陷小鼠体内的YAP信号，能够使PAX7水平恢复正常，进而提高小鼠的握力并减轻脊柱侧凸的程度。因此，YAP通过调控PAX7表达水平，在肌肉生长过程中发挥重要作用。PAX7表达水平下降会导致MYH7的mRNA表达水平显著降低。MYH7是编码Ⅰ型肌球蛋白重链的基因，YAP通过调控PAX7，从而影响MYH7基因，以调节肌纤维类型。因此，YAP-PAX7-MYH7信号通路在肌肉干细胞的调控中起着重要作用。AIS患者凹侧的YAP活性降低，导致PAX7表达水平下调，引起MYH7基因表达减少和肌肉干细胞分化缺陷。即YAPPAX7-MYH7通路在AIS患者凹侧肌肉干细胞中特异性失活。
电刺激通过影响神经信号传递来调控与YAP相关的细胞信号通路。当对细胞施加特定模式的电场或电流时，外加电场或电流会直接影响细胞膜的电位变化，进而触发离子通道的开放和关闭，如电压门控离子通道。离子通道的活动变化会导致细胞内离子浓度，特别是Ca2+浓度的动态调整。当Ca2+浓度升高时，钙调蛋白依赖性激酶（CaMK）途径等信号通路会被激活，进而参与细胞的信号传导。一旦这些钙依赖性信号通路被激活，它们将进一步改变下游靶标的磷酸化状态，并影响其他分子的相互作用，最终导致YAP表达水平改变。电刺激还可能通过调节细胞间的信号传递过程来影响YAP的活性。细胞间通信是细胞信息传递和功能协调的关键机制，对细胞的生长、分化和迁移等过程具有重要意义。电刺激可能通过改变细胞间连接蛋白的表达水平或功能状态，影响细胞间的信号传递和YAP的活性。
椎旁肌组织学改变 肌纤维类型、肌肉横截面积、体积和脂肪浸润度都是影响肌肉力量和功能的重要因素。脊柱两侧椎旁肌组织学的不对称改变会导致脊柱两侧肌肉力量失衡，进而降低脊柱维持中立位的能力。Luo等对AIS患者椎旁肌进行
椎旁肌生物力学改变 肌肉组织的机械性能对人体的生物力学平衡至关重要。Liu等使用MyotonProⓇ和横波弹性成像系统对凹侧椎旁肌进行测量，发现凹侧椎旁肌的张力和僵硬度显著高于凸侧。椎旁肌的僵硬度差异会破坏脊柱两侧的力学平衡。当凹侧椎旁肌的僵硬度增加时，可能导致凹侧肌肉萎缩、活动能力下降，从而改变脊柱的正常力学状态，进而引发脊柱的异常弯曲。椎旁肌两侧的僵硬
电刺激在改善AIS患者椎旁肌张力和僵硬度方面有一定效果。通过特定参数的电流刺激，可以直接作用于肌肉或神经，激发肌肉收缩，从而改善肌张力和僵硬度。Moon等对胫骨前肌和腓肠肌进行功能性电刺激，治疗6周后，发现这两块肌肉的张力和僵硬度均有所下降。僵硬度和张力的改善表现为AIS患者Cobb角、顶椎旋转度、
在短周期内，电刺激对改善AIS患者的Cobb角效果显著，但对顶椎旋转度的改善效果相对较差，可能是因为顶椎的位置较难确定，导致电刺激位置偏移等原因。椎旁肌在AIS的不同阶段发挥不同作用，其僵硬性和张力表现也不同，因此电刺激参数应根据AIS的不同阶段进行相应调整。未来的研究可在对AIS患者进行具体分型后，再制定相应的电刺激方案。
椎旁肌电刺激治疗AIS的基础研究
Willers等对3.5个月龄的新西兰家兔的右侧椎旁肌施加电刺激，导致脊柱向左侧凸并向左侧旋转。Kowalski等对3.5个月龄的新西兰家兔进行一侧椎旁肌的三角波间歇性电刺激，刺激频率和强度分别为20~50Hz和8~15mA，电刺激3个月后导致脊柱侧凸。Joe等使用频率30Hz的矩形波，通过置入电极刺激大鼠右侧椎旁肌，每天刺激90min，连续1周后脊柱向左侧凸，Cobb角达到7.3°；刺激2周时，Cobb角增大至9.4°；3周后Cobb角达到18.6°；在脊柱侧凸的同时，受刺激侧Ⅰ型纤维的直径和横截面积增加；电刺激结束3周后，组织学改变消失，但Cobb角几乎保持不变。在对猴子和猫的椎旁肌进行电刺激后，脊柱也出现了与家兔和大鼠相同的左侧弯曲，表明电刺激一侧椎旁肌会导致脊柱向另一侧侧凸，间接证实椎旁肌电刺激可能是治疗AIS的一种有效方法。Dodge等将电极置入8周龄新西兰家兔脊柱的凸侧椎体，使用50mA的电刺激，持续6周后抑制了凸侧椎体的单侧生长，促进了凹侧椎体的正常生长，从而纠正了脊柱侧凸。Wojtkiewicz等采用频率为20~55Hz、强度为5~75mA的矩阵波刺激家兔一侧椎旁肌，每天刺激2h，持续2个月后诱导出脊柱侧凸，随后以相同的电刺激参数刺激家兔另一侧椎旁肌，每天2h，持续3个月，Cobb角下降了约10°。椎旁肌电刺激在
椎旁肌电刺激治疗AIS的临床应用
椎旁肌电刺激作为一种非手术治疗AIS的重要手段，具有针对性强、定位精准以及适用范围广等特点。椎旁肌电刺激作用于AIS患者，能使肌肉产生有规律的收缩-舒张反应。这种电生理干预不仅增强了肌肉活性，还可促进局部血液循环，有助于减轻脊柱侧凸的程度。这种方法在临床研究中表现出显著的治疗效果，为AIS治疗提供了新的方向和可能。
单独椎旁肌电刺激 Anciaux等对Cobb角＞20°的AIS患者进行电刺激治疗，结果显示，73.2%的患者Cobb角不变或有所降低。Swank等对AIS患者进行了侧向表面电刺激治疗，随访时间为6个月至6年，结果显示，48%的电刺激患者Cobb角增加在10°以内，总体Cobb角的增加幅度低于预期。Axelgaard等对AIS患者使用频率30Hz、强度30~70mA的经皮电刺激刺激脊柱凸侧椎旁肌，经过数月至数年的治疗后，可有效减少弯曲程度。Messler等对AIS患者使用频率30～35Hz、强度40～75mA刺激凸侧，治疗12个月后，Cobb角平均改善了7.6°。Mccollough等对AIS患者的椎旁肌使用频率30～35Hz、强度40~75mA的电刺激参数进行治疗，并将疗程延长至14~19个月，结果显示，该电刺激方法能有效防止AIS患者Cobb角的增加。El-Sayyad等每天对AIS患者椎旁肌电刺激8h，持续12周后，AIS患者的Cobb角显著降低。Axelgaard等对AIS患者采用频率25Hz、强度60~80mA的电刺激，治疗15个月后，Cobb角在10°~29°的AIS患者中治疗成功率达93%。景小棠等将电刺激参数设置为频率20~100Hz、强度30~80mA，对AIS患者进行为期10个月椎旁肌电刺激治疗，结果显示，总治疗有效率达到90%以上。尽管椎旁肌电刺激参数有所差异，但整体效果良好，能有效减轻弯曲程度。
综上，椎旁肌电刺激在AIS治疗中展现出较好的效果，其治疗的效果受到电刺激参数、疗程和位置的影响。（1）电刺激参数：目前，AIS患者一般使用25~50Hz的电刺激，这能引起骨骼肌的强直收缩，平均能降低Cobb角5°以上。然而，电流在传导过程中不断衰减，且电极与椎旁肌组织距离较远，对单个肌肉的刺激选择性较差。激活深层组织通常需要更大电流，而25~50Hz的电刺激对此作用有限。这一局限可能降低治疗效果，并导致肌肉疼痛或不适。高频调制电刺激虽然具有较高的频率和强度，可激活更多肌肉单位，但也会降低运动轴突的兴奋性，增加代谢成本，引发外周疲劳。由此，高频电刺激在AIS中的应用相对较少。研究表明，宽脉冲高频电刺激可能具有激活更多肌肉单位并减少疲劳的特点。因此，在降低肌肉疲劳的同时，实现对AIS患者椎旁肌深层的有效刺激尤为重要。（2）治疗疗程：持续3个月的电刺激在降低Cobb角方面显示出一定效果，疗程达12个月时，Cobb角可下降5°以上，能有效控制侧凸进展。Szarek等使用频率为20~50Hz的电刺激治疗AIS患者，发现长时间电刺激会引起肌肉病变、神经萎缩、炎症反应和代谢紊乱等问题。
Kowalski等根据电刺激时长将新西兰家兔进行分组，分为长时刺激9h/d和短时刺激2h/d，电刺激椎旁肌3个月后均出现脊柱侧凸，长时9h/d刺激导致内脏器官损伤，而短时2h/d电刺激在达到相似治疗效果的同时并未引发不良反应。因此，应控制每次电刺激的时长，以规避长时电刺激引发的不良反应。未来研究中，电刺激的单次治疗时间控制在2h以内可能更为合理，治疗总疗程至少应持续3个月，12个月的疗程效果可能更显著。（3）电刺激位置：目前，电刺激治疗AIS主要针对凸侧或双侧，而对凹侧的治疗效果研究较少。Ko等对AIS患者进行了研究，探索通过非对称脊柱稳定运动强化凹侧肌肉对改善脊柱弯曲的效果，结果表明，激活凹侧椎旁肌能有效减少Cobb角和椎体旋转角，减轻脊柱侧凸的严重程度。未来研究可对AIS患者的单侧或双侧椎旁肌电刺激效果进行比较，以确定最有效的电刺激位置。
椎旁肌电刺激联合其他疗法 在治疗AIS过程中，椎旁肌电刺激已逐渐从单一治疗方式转向与其他治疗手段联合的治疗方式。越来越多的研究探索将电刺激与其他治疗手段结合的策略，旨在通过多种方法的综合运用进一步优化治疗方案，提升治疗效率并增强患者康复的可能性。
联合运动疗法电刺激是一种被动治疗方式，主要用于刺激特定肌肉群或特定区域。电刺激虽然能够引起肌肉收缩，但由于缺乏患者的主动参与，长期使用可能导致局部肌肉神经敏感性下降，引发疲劳，进而影响治疗的效果。运动疗法则可以调动全身多个肌肉群和系统的参与，促进身体的全面发展，同时强调呼吸训练的重要性。运动疗法中的呼吸训练可以帮助患者改善呼吸功能，缓解脊柱侧凸对呼吸系统的压迫。电刺激与运动疗法相结合既能针对性地作用于椎旁肌，又能促进全身锻炼并调节呼吸，从而有效缩短治疗周期。汤洋等将增强现实体感运动与功能性电刺激相结合治疗AIS，发现联合治疗8周后能有效改善AIS的躯干旋转角、Cobb角和前后冠状面躯干偏移距离。徐辉等将电刺激与本体感觉训练相结合治疗AIS，电刺激频率为2.5Hz，每天刺激30min，连续治疗12周，结果表明，神经肌肉电刺激联合本体感觉训练的治疗有效率达97%，优于单纯本体感觉训练，AIS患者的Cobb角平均下降5°。Kurak等将当前应用较广泛的施罗斯运动与肌肉电刺激结合，治疗6个月后，联合治疗组AIS患者的Cobb角比单纯施罗斯治疗组多下降超过3°，该方法还缩短了患者的恢复时间，显著改善了AIS患者的生活质量。
联合支具治疗除了联合运动疗法，椎旁肌电刺激还与支具治疗联合。支具作为一种非侵入性治疗方法，可依据AIS患者的具体情况进行个性化定制，能有效控制侧凸进展，是治疗AIS的有效保守手段。然而，支具治疗也存在一定局限性，如长时间佩戴支具产生不适、依从性差及生活质量下降等问题。电刺激可以有效弥补支具治疗的局限性，具体体现在减少佩戴支具时间、减轻不适感、提高治疗舒适度、增强依从性，并提供个性化治疗方案，优化治疗效果。将电刺激与支具治疗结合应用，患者可以获得更好的临床结局。电刺激与支具单独或联合使用均可有效矫正AIS，但联合使用效果更佳。然而，支具可能限制活动，进而引发肌肉萎缩或无力，因此需注意其使用时间和方式。
目前，关于电刺激结合运动疗法或支具治疗的研究相对较少，未来研究应充分考虑患者的具体情况，制定个性化治疗方案，并进行效果评估。椎旁肌电刺激可以改善AIS患者的脊柱侧凸和生活质量，但仍存在电刺激参数不明确、刺激位置不确定以及疗程较长等问题。与单独电刺激相比，联合治疗的电刺激时长较短，约为30min。单独电刺激治疗在12个月内能够改善AIS患者的Cobb角和生活质量，而联合治疗在6个月内即可取得相似的改善效果。因此，联合治疗能在更短的疗程内获得更好的治疗效果。
展望
椎旁肌电刺激在基础研究和临床应用中已初步显示其治疗潜力。然而，仍需通过更多的随机对照试验进一步验证其在临床实践中的价值。现阶段椎旁肌电刺激治疗AIS仍面临以下问题：（1）椎旁肌电刺激位置尚未明确。治疗AIS患者时，通常选择凸侧进行电刺激。考虑到AIS的病理特点，未来研究可探讨刺激凹侧椎旁肌是否能更有效地改善脊柱的对称性以及增强AIS治疗效果。（2）电刺激参数尚不确定。不同电刺激参数治疗作用不同，在现有研究中，电刺激治疗AIS时的刺激强度和频率各不相同，最佳参数有待进一步探究。（3）椎旁肌电刺激在治疗不同侧凸类型的AIS中效果尚不明确。椎旁肌在不同侧凸类型中发挥的作用有所不同。椎旁肌电刺激治疗AIS时，应根据患者的侧凸类型调整电刺激方案。尽管如此，椎旁肌电刺激在增强中枢控制和刺激深层肌肉方面发挥着重要作用，具有疗程短、安全、无创且患者易接受等优点，因此椎旁肌电刺激在AIS康复治疗中的研究仍充满潜力。未来仍需更多研究探讨椎旁肌电刺激对AIS的治疗效果及作用机制。可通过构建生物力学模型优化治疗参数，并根据患者的具体情况选择最佳疗法以最大化临床效果。
来源：中国脊柱脊髓杂志2024年第34卷第12期
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