一种简单无创的上肢本体感觉临时抑制方法

摘要

本实验方案的目的是展示一种在健康人群中暂时干扰上肢本体感觉的实用方法。

摘要

本体感觉可能是所有参与神经运动控制的因素中最缺乏精确测量的一种。为了临床诊断功能障碍以及评估本体感觉训练的效果，亟需开发新的精确且可靠的本体感觉测量方法。本方法旨在通过一种简单、非侵入性的手段，在健康成年人中暂时性降低上肢本体感觉，使其达到可用于开发和测试上肢本体感觉测量工具的水平。与研究本体感觉受损人群相比，这种“功能降低”模型具有两个主要优势：参与者易于招募，以及能够在不同参与者之间控制功能障碍的程度。目前已发表的上肢本体感觉暂时性降低方法（如缺血性神经阻滞和冷冻疗法）存在侵入性、操作不便或给参与者带来不适等问题。本文采用在尺神经沟部位施加振动的方法来降低上肢本体感觉。高频振动可能通过抑制帕西尼小体介导的传入信号而降低本体感觉敏锐度。本方案所用振动的效果已通过两种定量测量方法得到验证。该方法操作简便，参与者感受舒适，且具有良好的可行性。

引言

在所有参与运动神经控制的因素中，本体感觉可能是目前测量得最不充分的一项。近年来，研究中使用专用设备对本体感觉的测量已具备可靠性、有效性和精确性^1,2,3；相比之下，临床常用的本体感觉评估方法（最常见的是肢体位置觉测试）⁴分辨率较低，易受其他感觉模态的干扰⁴，且缺乏或几乎没有公开发表的心理测量学特性⁵。为了阐明本体感觉控制的外周和中枢机制³、实现对功能障碍的临床诊断，以及评估本体感觉训练的干预效果^2,5,6,7，亟需开发更为精确且可靠的本体感觉测量方法。为此，需要一种简单、无创的方法来暂时性损害或“抑制”本体感觉功能。

在健康人体中降低本体感觉功能，可使研究人员推断本体感觉在感觉运动任务中的作用，这有助于指导标准化测量方法的开发与验证。与研究本体感觉受损个体相比，降低模型具有两个主要优势。其一是受试者可及性：本体感觉受损的个体对许多研究人员而言不易获取。其二，与in vivo本体感觉损伤不同，降低模型可能允许在不同受试者之间控制损伤程度。

目前发表的上肢本体感觉暂时性抑制方法存在侵入性、不实用或给受试者带来不适等问题。麻醉注射虽然相对安全，但需要专业技术，且部分研究受试者可能认为其具有侵入性。缺血性神经阻滞会引起不适，且在实施前通常需要进行血液检测以筛查凝血功能障碍。⁸ 冷疗同样会引起不适，平均需应用20.3 ± 5.3分钟才能对本体感觉产生影响。⁹ 冷疗移除后，仅在复温前存在短暂的时间窗口可用于测量本体感觉，这可能导致冷疗对关节位置觉的影响不一致。¹⁰ 高频（300 Hz）振动已被成功用于降低手指运动检测任务中的本体感觉敏锐度，其机制被认为是由帕西尼小体引发的对其他振动敏感性皮肤感受器输入信号的抑制。¹¹ 最近研究发现，小腿三头肌振动（80 Hz）可通过扭曲本体感觉信息而降低等长力输出的准确性。¹² 然而，目前尚未有文献报道一种简单且非侵入性的上肢本体感觉暂时性抑制方法。

本方法旨在利用高频振动暂时降低健康成年人上肢的本体感觉。通过两种测量方式——振动检测阈值（Vibration Detection Threshold, VDT）和基于平板电脑的简式运动觉测试（tablet version of the Brief Kinesthesia Test, tBKT）——来确认本体感觉的降低效果。VDT 是一种心理物理学指标，用于评估感觉敏感性，被认为可反映 Aα 传入轴突的传导功能。¹³ 本体感觉功能通过本实验室正在开发的 tBKT 进行量化。简式运动觉测试（Brief Kinesthesia Test, BKT）基于 Ayres 的研究工作，¹⁴ 是一种实验性测量工具，曾接受测试但未被纳入美国国立卫生研究院（National Institutes of Health, NIH）工具箱核心量表。^15,16 原始 BKT 对每侧上肢包含三次伸手试验，而 tBKT 对每侧上肢包含 20 次伸手试验，其开发目标是提升原始测试的心理测量学性能。tBKT 涉及感觉输入（由检查者引导上肢到达目标位置）、中枢处理（记忆目标的空间位置）和运动输出（在引导去除后尝试重新定位目标），这些过程被认为是在整体本体感觉功能评估中所必需的。¹⁷ VDT 和 tBKT 分别代表了躯体感觉层级中的较低级和较高级功能水平，¹⁸ 因此联合使用这两种测量方法应能比单独使用任一方法更全面地量化本体感觉功能。

有两种神经机制与高频振动引起的本体感觉敏锐度下降密切相关。首先，环层小体是皮肤中主要负责振动感知的机械感受器。本方案中使用的持续振动可能通过与环层小体相关的Aα和β纤维群的短期习惯化神经机制，提高振动感知的感受器调谐阈值¹⁹。其生理结果是，相同强度和频率的振动（例如振动觉阈值测试中使用的128 Hz）被感知的时间变短。其次，人们认为，高频振动后，肌梭通过Aα传入纤维对肌肉长度的编码变得不准确，导致本体感觉信息失真，这一点已由力复现准确度下降¹²、运动错觉^20,21以及运动觉减退²²等现象所证实。

方案

圣施洛斯蒂卡学院的机构审查委员会已批准本研究方案的开发与测试工作。

注意：本实验方案中所用振动器的制造商技术参数表明，其“高”档频率为 11,00 rpm（183.3 Hz）。通过差分放大器的一个输入端采集振动数据样本（采样频率为 2 kHz），对该频率进行了验证。信号的平均周期为 5.56 × 10^-3 s，相当于 180 Hz。对于雷诺病患者，振动可能诱发雷诺现象，即在振动作用部位出现暂时性血管收缩，持续时间可从数分钟至数小时不等，并可能伴随麻木、瘙痒或疼痛等症状。²³ 图 1 展示了由类似本实验方案所用振动引起的雷诺现象示例。在参与本实验方案前，应预先对潜在受试者进行雷诺病的筛查。

1. 本体感觉敲低方案：

1. 准备笔、183 Hz 振动器、2.5 英寸宽的绑带和一根橡皮筋（参见材料表）。
2. 触诊受试上肢的尺神经沟内的尺神经。
   1. 在尺神经沟上方的皮肤上标记一个"x"记号，位置位于肱骨鹰嘴突与尺骨内上髁连线稍上方。
      注：图2 显示了该位置在肘部背侧的具体位置。
3. 将振动器头部置于已标记的位置，振动器手柄位于头部上方。
   1. 将宽绑带缠绕在振动器手柄部分和受试者手臂周围。
   2. 将橡皮筋绕在振动器头部颈部及受试者手臂上，以固定振动器头部并保持其与皮肤接触，确保橡皮筋尺寸合适，既能将头部紧贴皮肤，又不会限制活动或阻碍血液循环。
4. 要求受试者屈伸其肘关节。受试者应感觉不到绑带造成任何阻碍。若受试者报告存在干扰，请调整绑带和橡皮筋，以确保活动自由。
5. 将振动器调至高强度，持续振动 2 分钟（依据未发表数据）。
   1. 在振动器持续高强度运行期间，进行本体感觉功能测试（此处展示的是平板电脑版 BKT 的测试结果）
      1. 进行 BKT 测试。让受试者坐在标准高度的椅子上（座椅高度 18 英寸），面前为标准高度的桌子（29 英寸），使用帘子遮挡其视线，使其无法看到平板电脑屏幕。实验者坐在受试者对面。
      2. 仅握住受试者示指远端指节，引导其手指从起始线移动至目标线终点，再返回起始线。松开受试者手指，指示其自行触碰目标点。每侧上肢各完成 20 次试验。
      3. 以厘米为单位，将每侧上肢的平均绝对误差（与目标点的距离）作为该侧上肢的评分。
   2. 在移除振动刺激后，立即进行心理物理学测量（如 VDT）。
      注：在所展示的结果中，VDT 测试前的振动刺激持续时间为 5 ± 1 分钟。

2. 振动检测阈值（改编自¹³）

1. 准备128 Hz音叉、秒表、教科书（用于提供一个坚实而富有弹性的敲击音叉的表面）、高度为29英寸的桌子、标准椅子（座高18英寸）、美纹胶带和笔。
   1. 使用美纹纸胶带在教科书上制作一个 1 ½ 英寸 × 1 ½ 英寸的正方形，作为敲击音叉时保持一致性的目标区域。
   2. 使用永久性记号笔将音叉柄的底部1 mm处涂黑（此标记用于在测试过程中标准化音叉施加压力的力度）。
   3. 让受试者坐在桌旁的椅子上。要求其将待测肢体的前臂旋后并完全平放在桌面上，包括肘部。嘱其放松肢体。
      注意：检查者应与受试者相对而坐。
2. 在肘横纹上方约1 cm处的皮肤上标记一个点，位置位于远端肱二头肌腱上方。
   1. 将书本放置于靠近受试者的桌边，位于受试者双肘之间的位置。
   2. 说： "这是检测您感知振动能力的测试。现在我将把音叉置于您的肱二头肌肌腱上。当您感觉到振动时，请告诉我；一旦振动感消失，请立即说“现在”。此操作将在每侧手臂上重复3次。"
3. 确保在开始前音叉每个叉臂末端的圆盘均已拧紧。若圆盘松动，会产生杂音并缩短音叉的共振持续时间，导致测试结果不可靠。
   1. 用拇指和食指轻轻夹住音叉的柄，将其击打在方形容器内侧的目标区域的书本上，力度应足以使音叉产生共振。
      1. 敲击音叉后，立即将其放置于测试部位，施加足够的压力使皮肤下陷，从而遮挡音叉上1 mm的带状区域，使其不可见。
         注意： 图3 显示本方案中用于远端肱二头肌腱测试位置的音叉。
      2. 使用秒表记录音叉放置于受试者皮肤至受试者感觉不到振动（说出“现在”）之间的时间。
   2. 在同一手臂上重复两次，共进行三次试验。
      1. 计算三次试验中振动刺激消失的平均时间，以确定振动觉检测阈值（VDT）。

结果

采用本方案，我们测试了20名健康成人，其中8名为男性（平均年龄（标准差）= 32.5（12.5）岁；19名右利手，1名左利手）。所有受试者均无已知的上肢相关病理状况。利手性通过爱丁堡利手性问卷进行评估²⁴。研究参与者未报告任何不良事件。

每位受试者的双上肢分别在两个相隔一周的测试阶段中接受振动觉检测阈值（VDT）和屈肘关节位置觉测试（tBKT）评估。如实验方案所述，VDT在肱二头肌远端肌腱处进行量化，分析采用三次测试的平均值。对于tBKT，分析采用20次测试中的平均绝对误差。在第二次测试阶段，受试者在暂时性本体感觉功能抑制的条件下完成相同的测量指标。采用皮尔逊积矩相关系数（r）评估振动觉检测阈值（VDT）的重测信度。结果显示，在右上肢（r = 0.64，p = 0.002，n = 20）和左上肢（r = 0.61，p = 0.004，n = 20）的测试时间点之间均存在...

讨论

本方案提供了一种降低上肢本体感觉的方法。在20名健康受试者中，通过振动觉阈值（VDT）这一心理物理学敏感性指标（被认为可反映Aα传入轴突传导）进行评估，结果显示本体感觉降低的效果显著。VDT在振动停止后尽快测量，此时Aα传入神经放电减少。²⁵ 该方案对在视觉遮蔽条件下指向目标运动误差（tBKT）的影响为中等程度。这可能是因为该方案仅在肘关节施加单一振动刺激，而指向目标属于多关节参与的任务。与其他现有方法（如缺血性神经阻滞）⁸相比，本方法具有两个显著差异：第一，皮肤振动刺激对受试者耐受性良好且易于实施；第二，该方法导致本体感觉减弱而非完全丧失。与引起完全传入阻断的方法相比，这种方法更接近中风等神经系统疾病中所见的本体感觉功能障碍。²⁶

根据本研究及其他研究人员的工作，使用振动来降低本体感觉功能的三个关键因素是：振动频率、时机和位置。首先，较高频率的振动通常与本体感觉功能受损相关。在力量输出任务中，80 Hz 的振动比 30 Hz 引起更大的本...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
内置USB可充电电池的纯富集-迷你按摩器	ebay	无	183 Hz无线振动器，总长度7英寸（含手柄）
Chattanooga 2.5英寸尼龙搭扣带	ebay	无	用于将振动器固定在手臂上
音叉C128 耳鼻喉外科医疗检查诊断工具	ebay	无	用于振动觉检测测试（VDT）
手持式数字秒表	ebay	无	用于计时振动觉检测测试（VDT）
通用橡胶带 尺寸33，3 1/2 × 1/8英寸	ebay	Universal - UNV00433	用于将振动器头部固定在手臂上
视觉屏幕的制作说明发表于此：https://www.jove.com/video/53178/design-fabrication-administration-hand-active-sensation-test