Ch.3 Motor Physiology 眼球運動生理學

一、本章重點（Highlights）

• Sherrington's law（Sherrington 定律）：agonist（作用肌）收縮時其 antagonist（拮抗肌）放鬆，指的是控制 duction（單眼轉動）或單眼運動的神經支配。p.31
• 在某一注視方向增加的斜視，可能由該方向 agonist 無力、其 antagonist 受限（restriction），或兩者合併所致。p.31
• 讓病人看向 6 個 cardinal positions of gaze（主要注視位置），有助於分離出每條 extraocular muscle（EOM，眼外肌）的主要作用。p.31
• Hering's law（Hering 定律）：做共軛（conjugate）眼位改變時，yoked muscles（共軛肌）接受相近量的神經支配，指的是控制 version（雙眼同向運動）或雙眼運動的神經支配。p.31

二、基本原則與名詞：眼球轉動、注視位置與 Fig 3-1 共軛肌

Ocular rotations（眼球轉動）

• 臨床上分三類：horizontal（水平）轉動繞 vertical axis（垂直軸），對應向內／向外看；vertical（垂直）轉動繞 horizontal axis（水平軸），對應向上／向下看；torsional（旋轉）轉動繞 line of sight（視線）或 visual axis（視軸）。p.31

Positions of gaze（注視位置）

• Primary position（原位）：雙眼注視正前方時的眼位。p.31
• Secondary diagnostic positions（第二診斷眼位）：正上、正下、右看、左看。p.31
• Tertiary diagnostic positions（第三診斷眼位）：4 個斜向眼位（右上、左上、右下、左下），以及右、左 head-tilt（頭傾斜）位置。p.32
• Cardinal positions（主要注視位置）：右上、左上、右、左、右下、左下共 6 個，對應各 EOM 的 primary fields of action（主要作用區）。p.32

Fig 3-1：6 個 cardinal positions 的 yoke muscles（共軛肌）

出處（Fig 3-1）p.32

• 往右上方注視的 yoke muscles 是 右眼上直肌（RSR）與左眼下斜肌（LIO）；左上直肌（LSR）＋右下斜肌（RIO）是往左上方；左上斜肌（LSO）的配對方向是右下（與 RIR），右上斜肌（RSO）是左下（與 LIR）⁠^Q558。p.32

Extraocular muscle action（眼外肌作用）的穩定機制

• 每條 EOM 附著點的寬度可穩定眼球，並減輕不同眼位時原本會出現的作用改變。例：眼球向上看時內直肌附著點跟著上移，同時其下方纖維拉緊、上方纖維放鬆，實際上把肌肉的淨向量往下、朝原位置移動。p.32
• Muscle pulleys（肌肉滑輪）：不論眼位如何、或附著點是否已被手術移動，直肌從眶尖走向眼球時仍受限於穿過 Tenon capsule（Tenon 囊）的同一開口；包圍這些開口的眼眶結締組織鞘即稱 muscle pulleys。p.32

Arc of contact（接觸弧）

• 原位時每條肌肉繞眼球數毫米後才到鞏膜附著點；與眼球接觸的肌肉長度 = arc of contact。p.33
• 肌肉最先接觸眼球的點 = effective insertion（有效附著點）。肌肉收縮、眼球向該肌肉轉動時，effective insertion 沿眼球往前移向鞏膜附著點，arc of contact 變小。p.33
• 肌肉在 effective insertion 處保持與眼球相切，因此在大部分眼球運動過程中維持相同的 torque（力矩）。p.33

三、Motor units（運動單位）與 recruitment（徵召）

• Motor unit（運動單位）：一條運動神經纖維加上數條肌纖維。p.33
• Electromyography（EMG，肌電圖）可記錄 motor unit 的電活動，是研究眼肌正常與異常神經支配的有用研究工具。p.33
• Clinical pearl：注射 botulinum toxin（肉毒桿菌毒素）到眼肌時，可用接上絕緣針的攜帶式 EMG 協助在眼眶內定位正確肌肉，尤其是該肌肉先前曾開過刀時。p.33
• Recruitment（徵召）：被活化的 motor unit 數目有序地增加，使肌肉收縮力增強；例如眼球越往 abduction（外轉）方向，腦部活化越多 lateral rectus（外直肌）的 motor units。p.33
• 此外，固視越往外轉方向，每個 motor unit 的 firing frequency（放電頻率）也增加，直到達到峰值（部分 motor units 可達每秒 數百次）。p.33

四、單眼運動：Ductions、作用肌名詞、Sherrington 定律與 field of action

Ductions（單眼轉動）

• Adduction（內轉）：眼球往鼻側轉；abduction（外轉）：往顳側轉。p.33
• Elevation（上轉；supraduction 或 sursumduction）：眼球向上轉；depression（下轉；infraduction 或 deorsumduction）：向下轉。p.33
• Intorsion（內旋；incycloduction）：垂直子午線的上端往鼻側轉；extorsion（外旋；excycloduction）：垂直子午線的上端往顳側轉。p.33

Agonist／synergist／antagonist

• Agonist（作用肌）：使眼球往某方向轉動的主要肌肉。p.34
• Synergist（協同肌）：與 agonist 同一眼、共同產生該動作的肌肉，例：上轉時 inferior oblique（下斜肌）是 agonist superior rectus（上直肌）的 synergist。p.34
• Antagonist（拮抗肌）：與 agonist 同一眼、作用方向相反的肌肉，例：medial rectus（內直肌）與 lateral rectus（外直肌）互為 antagonists。p.34

Sherrington's law of reciprocal innervation（Sherrington 交互神經支配定律）

• 某條 EOM 的神經支配增加時，其 antagonist 的神經支配相應減少；例：右眼內轉時，右內直肌支配增加、右外直肌支配減少⁠^Q1695。p.34
• Fig 3-2 EMG：右眼內轉時內直肌 EMG 訊號強，其 antagonist 外直肌放鬆、EMG 訊號弱，示範 Sherrington's law。p.34

Field of action（作用區）

• Field of action：最容易觀察到某 EOM 作用的注視位置（6 個 cardinal positions 之一）。p.34
• 外直肌的轉動方向與 field of action 都是 abduction；內直肌兩者都是 adduction。p.34
• 垂直作用肌的轉動方向與 field of action 不同：inferior oblique 是 abductor 兼 elevator（把眼球往上、往外拉），但 field of action（最能看出上轉作用處）是內轉時上看；superior oblique 是 abductor 兼 depressor（往下、往外拉），field of action（最能看出下轉作用處）是內轉並下看。p.34
• 臨床意義：在某方向注視時增加的偏斜（例如斜視），可能來自正常往該方向拉的肌肉無力、其 antagonist 受限，或兩者合併。p.34

五、Primary、secondary、tertiary actions（Table 3-1）與眼位對作用的影響

Table 3-1 眼外肌作用（以原位為準）

出處（Table 3-1；註：上方肌肉為 intortors、下方肌肉為 extortors；垂直直肌為 adductors、斜肌為 abductors；提上瞼肌不轉動眼球）p.35

• Medial rectus 在原位只做 adduction；superior rectus 為 elevation、intorsion、adduction；inferior rectus 為 depression、extorsion、adduction；superior oblique 為 intorsion、depression、abduction；inferior oblique 為 extorsion、elevation、abduction⁠^Q631。p.35
• 口訣（Table 3-1 註）：上方的肌肉（superior rectus、superior oblique）是 intortors（內旋肌），下方的肌肉（inferior rectus、inferior oblique）是 extortors（外旋肌）；superior rectus 的次要作用為 intorsion，inferior rectus 的次要作用為 extorsion，inferior oblique 的主要作用為 extorsion，medial rectus 只有 adduction⁠^{Q641 Q631}。p.35

各肌作用的幾何基礎

• 水平直肌：原位時內、外直肌只水平轉動眼球，故為 primary horizontal action；解剖研究顯示部分病人水平直肌的神經支配有 compartmentalization（分區），可能解釋這些病人身上水平直肌的小量垂直作用。p.35
• 垂直直肌：拉力方向以垂直為主（primary action），但原位時由起點到附著點的拉力方向與 visual axis（或眼球中線平面）夾 23° → 產生 secondary torsional action（上直肌 intorsion、下直肌 extorsion）；兩者皆有 tertiary adduction。p.35
• 斜肌：與 vertical axis 夾 51° → primary action 為 torsion，secondary action 為垂直轉動（上斜肌 depression、下斜肌 elevation）。p.35
• Levator palpebrae superioris 的唯一作用是上提上眼瞼。p.35

Changing muscle action with different gaze positions（眼位改變肌肉作用）

• 眼位會改變 EOM 收縮對眼球轉動的效果，取決於 muscle plane（肌肉平面）與 visual axis 的方向關係。p.35
• 在每個 cardinal position，受測肌肉拉力方向與視軸的夾角被最小化，因而使內／外直肌的水平作用，或上直肌、下直肌、上斜肌、下斜肌的垂直作用達到最大。p.35
• 讓病人轉到 6 個 cardinal positions，臨床醫師可分離並評估每條 EOM 轉動眼球的能力。p.35
• 水平直肌：原位時兩條水平直肌共用一個包含 visual axis 的水平面（Fig 3-3）；觀察眼球由原位往內（測內直肌）、往外（測外直肌）的水平移動幅度，可評估兩者相對強度。p.35

出處 p.36

• 因眼球無法內轉到 67°，即使在最大自主內轉時，垂直直肌仍保有明顯的上轉／下轉作用。p.36

六、雙眼同向運動：Versions、yoke muscles、Hering 定律與 primary／secondary deviation

Versions（同向運動）

• 雙眼運動為 conjugate（共軛）、兩眼同方向移動時稱 versions。p.39
• Dextroversion（右轉）：雙眼移向病人右側；levoversion（左轉）：移向病人左側。p.39
• Sursumversion（上轉，elevation／upgaze）：雙眼向上；deorsumversion（下轉，depression／downgaze）：雙眼向下。p.39
• Dextrocycloversion：雙眼垂直子午線上端轉向病人右側；levocycloversion：雙眼垂直子午線上端轉向病人左側。p.39

Yoke muscles（共軛肌）

• Yoke muscles：在某注視方向分別作為兩眼主要推動者的 2 條肌肉（每眼 1 條）；每條 EOM 在另一眼都有一條 yoke muscle。p.39
• 例：雙眼向右看時，右外直肌與左內直肌同時受支配並收縮，互為 yoke muscles⁠^Q1695。p.39

Hering's law of motor correspondence（Hering 運動對應定律）

• 雙眼往某注視方向移動時，該方向的 yoke muscles 同時且等量地增加神經支配⁠^Q1695。p.39
• 評估 paralytic（麻痺性）或 restrictive（限制性）斜視時有重要臨床意義：供給兩眼的神經支配量永遠由 fixating eye（固視眼）決定，因此偏斜角度隨哪一眼固視而不同⁠^Q538。p.39

Primary vs secondary deviation（初級與次級偏斜）

出處 p.39

• 以麻痺／受限的患眼固視時測得的偏斜為 secondary deviation；以正常眼固視時測得的為 primary deviation⁠^{Q538 Q1695}。p.39
• Secondary deviation 大於 primary deviation：患眼要移到固視位置需要增加的神經支配，這份額外支配同時給了正常眼的 yoke muscle，使該肌肉作用過度，偏斜角度變大⁠^{Q538 Q1695}。p.39
• （第 6 章）Incomitant（paretic or restrictive，麻痺性或限制性）strabismus 的 primary 與 secondary deviations，分別以稜鏡放在麻痺／受限眼前與放在正常眼前測量⁠^Q538。BCSC 6 p.69
• Fig 3-6 左眼 monocular elevation deficiency（單眼上轉不足）：上看時左眼上轉不足；原位以非麻痺的右眼固視 → primary deviation 為左眼 hypotropia（下斜視）；以麻痺的左眼固視 → 較大的 secondary deviation，表現為右眼 hypertropia（上斜視）。p.39–40

七、雙眼異向運動：Vergences 與 AC/A ratio

Vergences（異向運動）種類

• 雙眼運動為 dysconjugate（非共軛）、兩眼往相反方向移動時稱 vergences。p.39
• Convergence（輻輳）：雙眼相對起始位置往鼻側移動；兩條內直肌是 convergence 的 yoke muscles。p.39
• Divergence（開散）：雙眼相對起始位置往顳側移動；兩條外直肌在 divergence 時互為 yoke。p.40
• Vertical vergence（垂直異向運動）：一眼向上、另一眼向下。p.40
• Incyclovergence：雙眼垂直子午線上端轉向鼻側；excyclovergence：上端轉向顳側。p.40
• （第 15 章）Dysconjugate eye movements（非共軛眼動）、skew deviation 與 sunsetting（雙眼持續向下偏斜）可能見於健康新生兒，通常不會持續超過約 3–4 個月大；視覺發育不良的徵象包括 searching eye movements（搜尋樣眼動）、對熟悉的臉與物體沒有反應，以及 nystagmus（眼震）；視覺上不感興趣的嬰兒凝視亮光、用力揉眼或壓眼（oculodigital reflex），是視力差的徵象並提示眼部病因⁠^Q544。BCSC 6 p.200

Accommodative convergence（AC，調節性輻輳）與 AC/A ratio

• AC 屬於 near reflex（近反射；又稱 near synkinesis、near triad），由 accommodation（調節）、convergence（輻輳）、miosis（縮瞳）組成。p.40
• 每 diopter 調節（A）伴隨一定量的 AC，即 AC/A ratio。比值異常很常見，是斜視的重要原因。p.40
• AC/A ratio 異常偏高 → 過多的輻輳傾向造成看近的 esotropia（內斜視）大於看遠；異常偏低 → 看近時眼位傾向較不內斜，甚至外斜（exotropic）。p.40
• （第 6 章）AC/A ratio 定義為每單位調節變化（diopters）的輻輳量（prism diopters），正常 3:1–5:1。Heterophoria method（隱斜視法）：看 33 cm 的偏斜減去看 6 m 的偏斜（esodeviation 記正值、exodeviation 記負值），差值除以調節需求的變化（約 3.00 D），再加上以 cm 計的 interpupillary distance（瞳孔間距），即為 AC/A ratio⁠^{Q214 Q240}。BCSC 6 p.75
• （第 6 章）粗略估計：accommodative esotropia 中，看近偏斜比看遠多 10∆ 或以上視為 high AC/A ratio。BCSC 6 p.75

其他 vergence 類型

• Fusional convergence（融像性輻輳）：使相似的視網膜影像落在對應視網膜區的輻輳動作；中線目標出現 bitemporal（雙顳側）retinal image disparity 時啟動。p.40
• Fusional divergence（融像性開散）：中線目標出現 binasal（雙鼻側）retinal image disparity 時啟動。p.41
• Proximal（instrument）convergence（近感性／儀器性輻輳）：心理上察覺注視物位於近距離而誘發的輻輳；透過 binocular microscope（雙眼顯微鏡）等儀器觀看時特別明顯。p.40
• Tonic convergence（張力性輻輳）：清醒警覺時給 EOMs 的持續神經張力。因骨性眼眶形狀與直肌起點位置，完全肌肉麻痺時眼位是 divergent（開散）。p.40
• Clinical pearl：清醒時通常需要 convergence tone 才能使眼位正位；esotropic 病人在全身麻醉下，tonic convergence 暫停，可能變得較不內斜甚至外斜。p.41
• Voluntary convergence（自主輻輳）：有意識地運用 near reflex。p.41
• Fusional vertical vergence（融像性垂直異向運動）：一眼向上、另一眼向下，以減少垂直 disparity，使相似影像落在對應視網膜區。p.41
• Fusional cyclovergence（融像性旋轉異向運動）：雙眼 intorsion（incyclovergence）或 extorsion（excyclovergence）以減少旋轉 disparity；可經特殊訓練增強，但正常時非常有限，旋轉 disparity 的融合大多靠 sensory adaptation（感覺適應）。p.41

八、Supranuclear control systems（核上控制系統）

• Saccadic system（掃視系統）：產生快速眼動（最高 400°–500°/秒），如 refixation（重新固視）；功能為把感興趣物體的影像放到 fovea（中心小窩），或把注視由一物移到另一物。p.41
• Saccade 需要 EOMs 突然強力的 pulse of force（脈衝力），以對抗眼球周圍脂肪組織與筋膜造成的黏滯性而快速轉動。p.41
• Smooth-pursuit system（平滑追視系統）：產生追隨眼動，使移動物體的影像維持在 fovea；pursuit latency（潛伏期）比 saccade 短，但最大峰值速度限於 30°–60°/秒。p.41
• Optokinetic system（視動系統）：非自主，用 smooth pursuit 追蹤移動物體，再加入代償性 saccade 重新固視；以 optokinetic stimulus 測試此系統，常用來偵測看似視力喪失的嬰幼兒是否有視覺反應，例如 ocular motor apraxia（眼動失用症）。p.41
• Vergence system（異向運動系統）：控制非共軛眼動（convergence、divergence）；其核上控制尚未完全了解。p.41
• 另有整合眼動與身體運動以穩定視網膜影像的系統，臨床上最重要的是 vestibular-ocular system（前庭眼系統）：反射由 labyrinth（迷路）驅動，包含內耳 semicircular canals（半規管）與 otoliths（耳石器：utricle 橢圓囊、saccule 球囊）；cervical（頸部）受器也提供輸入。p.41