凌華，山本澄子，蔡麗飛，周昊

1.中國(guó)康復(fù)科學(xué)所，北京市 100068；2.日本國(guó)際醫(yī)療福祉大學(xué)，日本東京107-8402；3.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛(ài)醫(yī)院，北京市100068

腦卒中后感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知和情緒控制功能障礙導(dǎo)致患者日常生活活動(dòng)能力的限制。肌肉僵硬無(wú)力造成腦卒中患者的軀干支撐和平衡困難[1]。研究表明[2]，軀干的控制影響腦卒中患者的日常生活活動(dòng)、平衡和步態(tài)。

各種類(lèi)型的踝足矯形器(ankle foot orthosis,AFO)通常用于改善偏癱步態(tài)，主要目的是在支撐期維持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，在擺動(dòng)期保持足廓清，以進(jìn)入下次初始著地[3]。傳統(tǒng)矯形器里，無(wú)鉸鏈的塑料AFO (如固定式和彈性AFO)或者帶金屬鉸鏈的AFO 都能夠在支撐期穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，并改善患者步行能力[4-7]。Miyazaki 等[8]的研究測(cè)量了實(shí)驗(yàn)型AFO 在偏癱步態(tài)下產(chǎn)生的阻尼力矩，發(fā)現(xiàn)AFO的跖屈阻尼在下肢運(yùn)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面影響偏癱患者的步態(tài)。跖屈阻尼可以影響步態(tài)中足跟滾動(dòng)、踝關(guān)節(jié)滾動(dòng)的進(jìn)程。Yamamoto 等[3,9-10,12]和Singer 等[11]的研究表明，使用跖屈阻尼可調(diào)AFO可改善足跟滾動(dòng)和踝關(guān)節(jié)滾動(dòng)。跖屈阻尼合適時(shí)，承重反應(yīng)期(loading response,LR)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的跖屈活動(dòng)來(lái)改善足跟滾動(dòng)[7]。Kobayashi等[11,13-16]研究了不同跖屈阻力對(duì)腦卒中患者踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的系統(tǒng)性影響，發(fā)現(xiàn)隨著跖屈阻力的增加，初始著地時(shí)的踝關(guān)節(jié)最大屈曲角和支撐中期的最大伸膝角減小，跖屈阻力的增加也導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)背屈內(nèi)力矩和膝關(guān)節(jié)伸膝內(nèi)力矩增加。Yamamoto 等[10]測(cè)量了不同跖屈阻尼對(duì)腦卒中患者的影響，對(duì)于油液阻尼器提供的不同阻尼條件在地面反作用力(ground reaction force,GRF)前側(cè)分力和小腿垂直角(shank vertical angle,SVA)方面，受試者在中等阻尼行走時(shí)出現(xiàn)峰值，患者主訴中等阻尼時(shí)行走最舒適，低阻尼感覺(jué)不足，高阻尼主訴太硬。因此，許多研究者都建議根據(jù)患者的情況適當(dāng)調(diào)整跖屈阻尼[9-18]?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)于腦卒中患者，在足跟和踝關(guān)節(jié)滾動(dòng)時(shí)，跖屈阻尼對(duì)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生影響，對(duì)髖關(guān)節(jié)影響較小[3-5,7,9-22]。

然而，這些發(fā)現(xiàn)和建議大多是基于對(duì)下肢功能的影響。腦卒中患者癱瘓側(cè)上半身的功能受損明顯[23]，軀干肌肉無(wú)力和姿勢(shì)異常會(huì)影響軀干力線，異常的軀干力線會(huì)對(duì)姿勢(shì)控制產(chǎn)生負(fù)面影響[1,24-25]。有研究表明[26-30]，胸廓和骨盆功能在正常行走和偏癱步態(tài)中都起重要作用。Titus等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者偏癱側(cè)和對(duì)側(cè)的軀干運(yùn)動(dòng)存在顯著不對(duì)稱(chēng)性，這種不對(duì)稱(chēng)性在整個(gè)步態(tài)周期中都不同。軀干控制作為腦卒中患者日常生活功能綜合活動(dòng)的早期預(yù)測(cè)指標(biāo)，在步態(tài)康復(fù)中具有重要意義[31-32]。以往的研究認(rèn)為跖屈阻尼的大小須與患者個(gè)體的情況相適應(yīng)，側(cè)重于根據(jù)踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及時(shí)空參數(shù)確定跖屈阻尼。截至2019 年，只有少量研究調(diào)查不同類(lèi)型的AFO 對(duì)骨盆和胸廓的影響[33]。從胸廓和骨盆運(yùn)動(dòng)的角度，不同跖屈阻尼對(duì)腦卒中患者偏癱步態(tài)的影響尚不清楚[3,7,9,12-13]。

本研究從胸廓和骨盆的角度探討腦卒中后不同跖屈阻尼條件下跖屈阻尼對(duì)偏癱步態(tài)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2020 年6 月至2021 年1 月在北京博愛(ài)醫(yī)院住院康復(fù)治療的腦卒中患者26 例，均為男性，年齡26～75歲，病程56～331 d，均符合第四屆全國(guó)腦血管病會(huì)議通過(guò)的診斷標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)頭顱CT 或MRI 確診。一般資料見(jiàn)表1。

表1 受試者一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：①發(fā)病后12 個(gè)月內(nèi)；②下肢Brunnstrom Ⅲ期以上；③具備使用任何類(lèi)型的AFO在平地上安全行走的能力，必要時(shí)使用拐杖助行。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①基于改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)的嚴(yán)重痙攣；②本體感覺(jué)障礙；③肌肉骨骼或認(rèn)知問(wèn)題；④妊娠。

本研究經(jīng)中國(guó)康復(fù)研究中心醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No.2020-002-1)。

1.2 方法

選擇跖屈阻尼可調(diào)油液阻尼器踝鉸鏈(日本川村義肢公司)定制AFO，命名為Gait Solution (GS)(圖1、圖2)。跖屈阻尼可調(diào)，踝關(guān)節(jié)初始角度0°～8°可調(diào)，背屈自由。油液阻尼器產(chǎn)生的阻尼可從1～4 檔無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，在10°跖屈的范圍內(nèi)阻尼為5～14 N·m，最大阻力矩檔位為OD4，中等為OD2.5，最小為OD1[19]。

圖1 GS

使用一套由6 臺(tái)動(dòng)作捕捉攝像機(jī)(Qualisys AB,Sweden)和2 塊力臺(tái)(BertecCorp,USA)組成的三維運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)來(lái)測(cè)量步態(tài)(圖3)。根據(jù)Plug-In 步態(tài)標(biāo)志物的位置，在受試者體表粘貼37 個(gè)紅外反射標(biāo)記點(diǎn)。6臺(tái)相機(jī)測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)的軌跡，采樣頻率200 Hz；2 塊力臺(tái)測(cè)量GRF 數(shù)據(jù)，采樣頻率1000 Hz。受試者穿著相同跟高的實(shí)驗(yàn)用鞋(圖2)，穿戴GS，在OD1、OD2.5和OD4 三種阻尼條件下以自然步行速度步行8 m，每種條件步行3 次采集步態(tài)數(shù)據(jù)，取均值。采用心率和血氧飽和度監(jiān)測(cè)受試者的疲勞情況。

圖2 受試者在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)穿戴GS

1.3 數(shù)據(jù)處理

標(biāo)記點(diǎn)軌跡和力臺(tái)數(shù)據(jù)分別用6 Hz 和18 Hz 的second-order butterworth filter 進(jìn)行低通道過(guò)濾。人體節(jié)段模型由13 個(gè)部分組成：頭、胸、骨盆、雙上臂、雙前臂、雙大腿、雙小腿和雙足。使用人體測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算連接段模型每個(gè)節(jié)段的重心(center of gravity,COG)。通過(guò)對(duì)組合COG 的微分運(yùn)算，計(jì)算出COG 速度，計(jì)算胸廓、骨盆及偏癱側(cè)下肢關(guān)節(jié)角度。

1.3.1時(shí)空參數(shù)

由于大多數(shù)受試者在支撐期沒(méi)有出現(xiàn)偏癱側(cè)肢體的足跟抬高，因此將支撐期分為L(zhǎng)R、單側(cè)支撐期(single stance,SS)和預(yù)擺動(dòng)期(pre-swing,PS)，根據(jù)GRF的垂直分量進(jìn)行劃分。共采用8 個(gè)時(shí)空參數(shù)：步行速度、偏癱側(cè)至非偏癱側(cè)的步長(zhǎng)、非偏癱側(cè)至偏癱側(cè)的步長(zhǎng)、步態(tài)周期時(shí)間、LR 時(shí)間、SS 時(shí)間、PS 時(shí)間和擺動(dòng)期時(shí)間，其中步長(zhǎng)參數(shù)用身高進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.3.2骨盆、胸廓參數(shù)

分別截取4 個(gè)時(shí)刻以及3 個(gè)平面內(nèi)骨盆角(P)、胸廓角(T)和胸廓骨盆相對(duì)角(TP)等參數(shù)。以偏癱側(cè)初始著地定義為初始著地，非偏癱側(cè)定義為對(duì)側(cè)，4 個(gè)時(shí)刻包括初始著地(initial contact,IC)、對(duì)側(cè)足離地(contralateral foot off,CFO)、對(duì)側(cè)初始著地(contralateral initial contact,CIC)、足 離 地(foot off,FO)。如 圖3 所示，在三個(gè)坐標(biāo)軸x、y、z軸上的運(yùn)動(dòng)定義為：前后傾(x)、側(cè)傾(y)、旋轉(zhuǎn)(z)。x軸上，骨盆和胸廓后傾定義為正方向，前傾定義為負(fù)方向。計(jì)算步態(tài)周期胸廓角度變化(the change of thoracic angle in gait cycle,Tcy-clex)、支撐期胸廓角度變化(the change of thoracic angle in stance phase,TSTx)和單支撐期胸廓角度變化(the change of thoracic angle in single stance phase,TSSx)。

圖3 骨盆和胸廓結(jié)構(gòu)的定義

共計(jì)31個(gè)胸廓和骨盆的角度參數(shù)使用上述縮寫(xiě)進(jìn)行描述，如骨盆在初始著地時(shí)前后傾角度簡(jiǎn)寫(xiě)為PICx，31項(xiàng)骨盆和胸廓參數(shù)以此類(lèi)推。所有后期計(jì)算均使用Visual 3D(C-motion)軟件處理。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0 進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)(Friedman 檢驗(yàn))，對(duì)OD1、OD2.5 和OD4 三種阻尼下的39 個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，事后采用Bonferroni 法調(diào)整α 水平進(jìn)行兩兩比較。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

所有受試者均完成研究，無(wú)脫落病例。

2.1 時(shí)空參數(shù)

三種阻尼條件下，受試者LR 有顯著性差異(P＜0.05)，OD2.5時(shí)與OD4時(shí)比較有顯著性差異(P＜0.05)，OD1 時(shí)與OD2.5時(shí)、OD4 時(shí)與OD1時(shí)無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表2。

表2 不同阻尼條件下受試者時(shí)空參數(shù)比較

2.2 骨盆、胸廓參數(shù)

骨盆角度PCFOx、PCFOz、PCICx和PFOx，胸廓角度TCFOx、TCFOy、TCFOz和TFOx，胸廓和骨盆相對(duì)角度TPICx、TPCFOx、TPCICx，以及TSSx在三種阻尼條件下有顯著性差異(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

骨盆角度PCFOx、PCICx和PFOx均于OD2.5 時(shí)前傾減小，OD4 時(shí)前傾增大；PCFOz在OD2.5 時(shí)減小。對(duì)于PFOx，與OD4 時(shí)相比，OD2.5 和OD1 時(shí)骨盆前傾角度均減小(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

胸廓在CFO時(shí)，三個(gè)面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)均表現(xiàn)出顯著性差 異(P＜0.05)。TCFOx在OD2.5 時(shí) 小 于OD4 時(shí)(P＜0.05)，TCFOy在OD2.5時(shí)大于OD4時(shí)(P＜0.05)，說(shuō)明在OD2.5 條件下的胸廓后傾、側(cè)傾角度均降低。TCFOz隨著阻尼增大而增大，OD4 時(shí)明顯大于OD1 時(shí)(P＜0.05)。對(duì)于TFOx，與OD1 時(shí)相比，OD2.5 時(shí)胸廓處于相對(duì)更加后傾狀態(tài)，OD4 時(shí)更為前傾，OD4 時(shí)與OD2.5 時(shí)，OD4 時(shí)與OD1 時(shí)比較均有顯著性差異(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

胸廓骨盆相對(duì)角度在矢狀面內(nèi)，在IC、CFO 和CIC 三個(gè)時(shí)刻，OD4 時(shí)角度大于OD1 和OD2.5 (P＜0.05)。結(jié)果一致性較高，均表現(xiàn)為OD4的胸廓骨盆相對(duì)前傾角度要大于OD1和OD2.5條件下。TPFOx的結(jié)果與前述三項(xiàng)參數(shù)趨勢(shì)一致，OD4條件下前傾角數(shù)值最大，但無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表3。

對(duì)于TSSx，與OD4 時(shí)相比，OD2.5 時(shí)前后傾角度變化減小(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

表3 不同阻尼條件下骨盆和胸廓角度比較(°)

3 討論

解剖學(xué)上骨盆初始前傾10°[34]，行走時(shí)額外前傾4°，在冠狀面上骨盆側(cè)傾角為4°[35-36]。在本研究中，每種阻尼情況下骨盆和胸廓角度的差異不大，小于5°，但仍能從生物力學(xué)角度影響姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)，并顯示出在步態(tài)中對(duì)受試者胸廓和骨盆影響的GS 理想阻尼選擇的不同結(jié)果。

有研究表明[37-38]，腦卒中患者步態(tài)中的骨盆前傾增大(＞4 cm)，這與本研究的結(jié)果一致，在步態(tài)周期的IC、CFO、CIC、FO 四個(gè)時(shí)刻，當(dāng)阻尼過(guò)高(OD4)或過(guò)低(OD1)，骨盆前傾增大。這可能是跖屈力矩的過(guò)強(qiáng)/過(guò)弱，都將引起LR 髖膝踝關(guān)節(jié)一系列的代償運(yùn)動(dòng)，從而誘發(fā)骨盆的過(guò)度前傾；相反，阻尼適中(OD2.5)時(shí)骨盆前傾角度減少，這證實(shí)跖屈阻尼對(duì)于控制骨盆過(guò)前傾的作用。關(guān)于胸廓角度，研究中GS的跖屈阻尼從偏癱側(cè)下肢I(xiàn)C 開(kāi)始產(chǎn)生，主要作用于LR，其對(duì)胸廓的姿勢(shì)變化差異主要體現(xiàn)在CFO 時(shí)，此時(shí)，在x，y和z三個(gè)軸上，胸廓的角度都呈現(xiàn)出顯著性差異。對(duì)于前后傾和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，OD2.5 時(shí)表現(xiàn)出更為直立和運(yùn)動(dòng)幅度更小的胸廓姿態(tài)，而胸廓側(cè)向位移的減少已經(jīng)被認(rèn)為是腦卒中步態(tài)的改善[39-40]。與x、y軸運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律不同的是，z軸上的運(yùn)動(dòng)，TCFOz和PC-FOz隨阻尼增大而增大。阻尼適中的OD2.5 在LR 的過(guò)程中有利于減少胸廓前后傾斜，保持步行中胸廓的直立，TSSx的減少和胸廓相對(duì)骨盆角度的減少也佐證了這一點(diǎn)。CFO 時(shí)，偏癱側(cè)在LR 過(guò)程中，在跖屈阻尼的影響下完成跟著地到足平放的過(guò)程。有研究表明[10,33]，阻尼過(guò)大時(shí)(OD4)會(huì)引起膝關(guān)節(jié)的快速屈曲，減少踝關(guān)節(jié)跖屈角度，加速LR 過(guò)程。本研究中，OD4 條件下步行速度增大，LR 時(shí)間顯著減少，表明其進(jìn)程在高阻尼作用下被加速，胸廓和骨盆旋轉(zhuǎn)隨著跖屈阻尼的增大而增大。結(jié)合來(lái)看，CFO 時(shí)胸廓和骨盆的旋轉(zhuǎn)角度增大可以推測(cè)為下肢對(duì)于高跖屈阻尼反應(yīng)為快速屈膝的趨勢(shì)，快速屈膝增加屈髖角度和大腿的后傾角，骨盆和胸廓的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作也隨之進(jìn)行代償。同時(shí)，步行速度的增加在矯形器應(yīng)用下的偏癱步態(tài)中是否作為核心評(píng)價(jià)指標(biāo)有待進(jìn)一步討論。

可調(diào)跖屈阻尼的AFO是基于步態(tài)中下肢足跟軸滾動(dòng)功能設(shè)計(jì)的，在本研究之前，其對(duì)胸廓和骨盆運(yùn)動(dòng)的影響尚不清楚。本研究表明，踝關(guān)節(jié)跖屈阻尼的變化可對(duì)骨盆前后傾角度產(chǎn)生影響。在LR 結(jié)束時(shí)，對(duì)骨盆和胸廓的前后傾、側(cè)傾以及旋轉(zhuǎn)均產(chǎn)生影響。適當(dāng)?shù)淖枘嵯鹿桥枨皟A角度減少，胸廓側(cè)傾減少，胸廓姿勢(shì)更為直立，姿勢(shì)改善。反之，不適阻尼下骨盆前傾、胸廓前后傾和胸廓側(cè)傾增大，均提示姿勢(shì)的惡化，在對(duì)側(cè)足離地時(shí)尤為明顯。總之，可調(diào)跖屈阻尼的AFO在腦卒中患者的步態(tài)中對(duì)胸廓和骨盆的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生明顯影響，適當(dāng)?shù)淖枘峥筛纳菩乩凸桥柽\(yùn)動(dòng)。

本研究有一些局限性。首先，研究測(cè)量的為即時(shí)效果，患者經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)性使用和訓(xùn)練后的效果可能更為顯著或發(fā)生一些變化。其次，由于樣本量較小及受試者個(gè)人意愿原因，本次實(shí)驗(yàn)者全部為男性。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。