牛文鑫， 單綿佳， 齊 燕， 解海霞

(1. 同濟(jì)大學(xué)智能康復(fù)臨床研究中心，上海 201619; 2. 同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院脊髓損傷康復(fù)科，上海 201619； 3. 同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院社會(huì)工作部，上海 201619)

脊髓損傷是由創(chuàng)傷性因素(如車禍、高空墜落)或非創(chuàng)傷性因素(如腫瘤、感染)導(dǎo)致的脊髓結(jié)構(gòu)與功能障礙。在我國，創(chuàng)傷性脊髓損傷的患病率為37人次/100萬人[1]。其中，頸段脊髓損傷及A級(jí)損傷(ASIA分級(jí))分別占比48%和47.2%[2]。脊髓損傷的發(fā)病人群多為青壯年(34.7～54.4歲)[1]，往往對(duì)預(yù)后有更高的期待，這給康復(fù)工作帶來了更多的挑戰(zhàn)。

支撐與驅(qū)動(dòng)是人體兩個(gè)基本力學(xué)功能，幾乎貫穿于所有的活動(dòng)之中。下肢是健康人體進(jìn)行支撐和驅(qū)動(dòng)的主要部位。由于損傷節(jié)段以下運(yùn)動(dòng)及感覺功能的障礙，脊髓損傷者的支撐與驅(qū)動(dòng)方式發(fā)生顯著的改變(圖1)。(1) 主要支撐方式從站位轉(zhuǎn)換到坐位: 患者每天使用輪椅時(shí)間的中位數(shù)高達(dá)11.2 h[3]。(2) 支 撐和驅(qū)動(dòng)模式發(fā)生分離: 與健康人同時(shí)利用下肢進(jìn)行支撐和驅(qū)動(dòng)不同，患者主要通過臀部支撐于輪椅之上，而使用上肢驅(qū)動(dòng)雙輪的活動(dòng)，同時(shí)完成必要運(yùn)動(dòng)。

圖1 脊髓損傷患者支撐-驅(qū)動(dòng)模式的改變Fig.1 Changes of the supporting-driving pattern in patients with spinal cord injury

脊髓損傷患者獨(dú)特的支撐-驅(qū)動(dòng)方式導(dǎo)致患者在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)的受力模式都發(fā)生改變。上肢和臀部承擔(dān)更復(fù)雜的力學(xué)任務(wù)，導(dǎo)致多種并發(fā)癥的發(fā)生，如壓瘡、肩痛等，影響患者的日常活動(dòng)能力及生存質(zhì)量。因此，本文將從生物力學(xué)的角度，闡述脊髓損傷患者的支撐-驅(qū)動(dòng)理論，針對(duì)脊髓損傷康復(fù)中常見的生物力學(xué)問題，提出未來研究展望。

1 支撐模式

脊髓損傷后，患者原有的支撐模式被打破，由下肢多關(guān)節(jié)骨骼承重及周圍肌肉的主動(dòng)收縮，轉(zhuǎn)變?yōu)樽幌聝蓚?cè)坐骨結(jié)節(jié)承重及軟組織的被動(dòng)壓縮變形。對(duì)于大部分脊髓損傷患者來說，甚至無法自主維持姿勢(shì)穩(wěn)定而需要通過椅背及下肢來協(xié)助支撐。長時(shí)間的靜態(tài)坐姿會(huì)造成組織受到持續(xù)載荷，是壓瘡發(fā)生的直接原因之一。據(jù)估計(jì)，50%～80%的脊髓損傷患者一生中至少發(fā)生過一次壓瘡[4]，36%～50%的壓瘡是由于長時(shí)間坐在輪椅上所引起的。其中，最容易發(fā)生壓瘡的部位為坐骨結(jié)節(jié)下的組織[5]。壓瘡的發(fā)生不僅造成脊髓損傷患者的失能以及死亡風(fēng)險(xiǎn)的增加，也給個(gè)人及社會(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。根據(jù)全球兩大壓力性潰瘍權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)的描述，壓瘡被定義為由壓力或壓力聯(lián)合剪切力所導(dǎo)致的皮膚或皮膚下的局部損傷，通常位于骨隆突處。

1.1 壓力因素

坐位臀部不適感可以被認(rèn)為是壓瘡的初級(jí)階段，這種主觀感受與接觸壓力分布相關(guān)。如Ciaccia等[6]建議用4.25 kPa表示臀部不適閾值，認(rèn)為超過該閾值會(huì)阻塞毛細(xì)血管使組織缺氧。但是，以往研究通過測(cè)量離體豬皮和人體模型骨突附近真實(shí)組織的應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)軟組織深層應(yīng)力峰值比皮膚支撐界面壓力高3～5倍[7]。因此，支撐界面壓力無法完全表征皮下組織真實(shí)應(yīng)力[8]。作為實(shí)驗(yàn)的替代方法，使用計(jì)算機(jī)模型模擬可以計(jì)算出無損實(shí)驗(yàn)不易測(cè)量的參數(shù)，如組織內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變等。

對(duì)于壓力因素，起到最直接作用的是患者的體重。研究數(shù)據(jù)表明，由于代謝等原因，急性脊髓損傷后2周內(nèi)患者體重通常會(huì)降低[9]；而損傷1年后則呈現(xiàn)體重逐漸增加至超重或肥胖水平的趨勢(shì)。以色列特拉維夫大學(xué)Gefen教授[10]基于接觸力學(xué)理論的機(jī)械負(fù)荷的近似值，定義了壓縮強(qiáng)度指數(shù)，闡明了體重與軟組織厚度對(duì)臀部軟組織機(jī)械負(fù)荷的影響。

但是，在坐位時(shí)，體重的增加在導(dǎo)致坐骨結(jié)節(jié)壓力增加的同時(shí)，也會(huì)增大皮下脂肪厚度，產(chǎn)生緩沖效果[11]。針對(duì)這兩個(gè)相互影響的因素，一些學(xué)者開展了研究。Drake等[12]通過觀察性研究發(fā)現(xiàn)體重指數(shù)(body mass index, BMI)>40 kg/m2的人患?jí)函彽娘L(fēng)險(xiǎn)是BMI≤40 kg/m2的人的3倍。Elsner等[13]建立了四度肥胖坐位臀部的有限元模型，發(fā)現(xiàn)隨著BMI從25.5 kg/m2增加至40 kg/m2，軟組織內(nèi)部應(yīng)變從67%增加至88%，且通過損傷后坐骨結(jié)節(jié)傳遞的體重負(fù)荷增加壓力的作用大于脂肪層的緩沖作用。

雖然這兩項(xiàng)研究都肯定了BMI的增加會(huì)提升壓瘡風(fēng)險(xiǎn)，但其研究對(duì)象都是肥胖人群，并不能確定BMI過低或正常的患者是否符合這種相關(guān)趨勢(shì)。因此，Sopher等[14]建立了21個(gè)涵蓋過輕、正常、超重三類BMI人的有限元模型，發(fā)現(xiàn)在低BMI(BMI≈19 kg/m2)人體組織內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變最小，在該BMI水平以上或以下，坐位下組織最大主壓縮應(yīng)力應(yīng)變均會(huì)增加。

隨著患病時(shí)間的延長，患者會(huì)出現(xiàn)肌肉萎縮及坐骨結(jié)節(jié)扁平化的現(xiàn)象，也會(huì)影響到壓力的作用。坐在剛性接觸面上時(shí)，肌肉萎縮70%者的主壓縮應(yīng)力是無肌肉萎縮者的2倍[15]。此外，脊髓損傷患者的曲率半徑約為健康人的1.8倍，使得上半身重量傳導(dǎo)至軟組織的方式及壓力大小發(fā)生變化，在坐骨結(jié)節(jié)曲率半徑從7 mm增加到13 mm的過程中，最大主壓縮應(yīng)力降低了11 kPa[16]。更扁平的坐骨結(jié)節(jié)對(duì)肌肉的作用范圍更廣，因此，在一定的坐位持續(xù)時(shí)間內(nèi)，應(yīng)力超過肌肉損傷的閾值，則受到影響的肌肉組織會(huì)更多，從而加速患者的組織損傷[15]。結(jié)合肌肉萎縮或剛性支撐等情況，則會(huì)更大地加重組織機(jī)械負(fù)荷。

1.2 摩擦力因素

在脊髓損傷患者中，由于各種內(nèi)在病理因素及外在環(huán)境因素的影響，摩擦力對(duì)于上皮組織的破壞作用有所增強(qiáng): 除了一定程度上去除外層的保護(hù)性角化皮膚，它也會(huì)產(chǎn)生剪切力，作用于皮膚深層，拉伸扭曲組織內(nèi)的血管，妨礙血液流動(dòng)，從而使壓瘡風(fēng)險(xiǎn)增大。

內(nèi)在因素包括一些病理因素，如皮溫過高、體液過多等。局部皮膚溫度過高，組織中代謝活動(dòng)的增加與灌注不足發(fā)生矛盾，無法滿足代謝需要。出汗或大小便失禁導(dǎo)致接觸面的皮膚濕度過高，會(huì)軟化角質(zhì)層，并且增加皮膚的摩擦系數(shù)。在皮膚耐受性下降的情況下，摩擦力會(huì)增加損傷風(fēng)險(xiǎn)。此外，肥胖致使肌內(nèi)脂肪水平增加，在坐骨結(jié)節(jié)附近的臀肌處堆積，導(dǎo)致肌肉剛度下降，從而使臀肌承受更大的組織變形[17]。姿勢(shì)控制的不足也會(huì)導(dǎo)致摩擦力增大。在軀干控制能力受損后，除了利用不同的肌肉來代償，患者往往會(huì)維持一個(gè)C型駝背狀的姿勢(shì)，即存在骨盆后傾以及胸腰椎后突。研究發(fā)現(xiàn)，骨盆后傾角度的改變伴隨著坐骨結(jié)節(jié)和骶尾骨區(qū)域的剪切力增大[18]。

外在因素主要包括患者所處的坐位環(huán)境，特別是輪椅坐墊的影響。關(guān)于輪椅坐墊剛度對(duì)壓瘡風(fēng)險(xiǎn)的影響，大量研究發(fā)現(xiàn)了一定的規(guī)律，雖然并未發(fā)現(xiàn)不同的坐墊材料在患者改善坐姿[19]、非支撐靜坐[20]時(shí)姿勢(shì)控制方面的差異，但是皮膚、脂肪及肌肉的剪切應(yīng)力可能會(huì)隨著墊層剛度的增加而增加[16,21-23]，其中皮膚比其他組織層受坐墊剛度所帶來的剪切載荷的影響更大[21]。因此，臨床指南常建議使用足夠軟、厚的墊子，以減輕內(nèi)部組織負(fù)荷。不過，選擇剛度較低的坐墊并不意味著可以避免壓瘡的發(fā)生。在短時(shí)間內(nèi)(<90 min)，較軟的坐墊可能會(huì)降低深層組織損傷的風(fēng)險(xiǎn)，但是超過90 min 后，即使坐墊剛度不同，不同肌肉組織損傷的程度和范圍也相差不大。這也說明了定時(shí)的減壓行為是必不可少的，可以最大化軟墊的效能。

近年來，不同形狀的坐墊，如氣囊墊[24]、仿形泡沫墊紛紛被投入市場(chǎng)。其中，仿形泡沫墊可根據(jù)患者坐位輪廓定制。Aissaoui等[25]發(fā)現(xiàn)其能為截癱患者提供更多的穩(wěn)定性，可能是由于凹面形狀一定程度上降低了患者原本偏高的重心。短時(shí)間內(nèi)，此坐墊在重新分配壓力和內(nèi)部組織負(fù)荷方面很有效[26]。但是，隨著急性期后數(shù)月和數(shù)年內(nèi)，患者體重與肌肉等都會(huì)發(fā)生變化，這種效果也隨之改變。有限元研究發(fā)現(xiàn)，體重減輕時(shí)，由于臀部組織不能完全與原有的坐墊輪廓相契合，壓縮與拉伸變形導(dǎo)致應(yīng)變與應(yīng)力水平增加；超重時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變水平增加，由于組織與坐墊之間形成的“階梯”，限制了皮膚和皮下組織運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，從而造成組織之間的變形[27]。

部分脊髓損傷患者在輪椅上難以持續(xù)保持豎直姿勢(shì)[28]，會(huì)依賴于靠背的支撐?？勘巢煌膬A斜角度會(huì)影響負(fù)荷從骨骼轉(zhuǎn)移至軟組織的方式，進(jìn)而改變剪切負(fù)荷。Luboz等[29]發(fā)現(xiàn)，從后傾(110°)轉(zhuǎn)換為直立坐姿(90°)所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)變減小6.7%。Kobara等[30]檢測(cè)從向后傾100°到130°后再復(fù)位到90°過程中力的變化，發(fā)現(xiàn)在傾斜后復(fù)位到110°～120°時(shí)剪切力達(dá)到峰值，即使回到初始角度，剪切力也會(huì)增加體重的5%。這是因?yàn)槔@骨盆旋轉(zhuǎn)的軀干傾斜與輪椅的靠背旋轉(zhuǎn)不平行，傾斜后恢復(fù)的過程中軀干滑動(dòng)時(shí)使髖關(guān)節(jié)離靠背的旋轉(zhuǎn)軸更遠(yuǎn)。因此，施加在臀部的剪切力也會(huì)隨著靠背旋轉(zhuǎn)軸與軀干骨盆之間的距離而增加。

在壓瘡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警中，摩擦力與壓力同等重要，兩者共同作用產(chǎn)生的剪切應(yīng)力是壓瘡發(fā)生的關(guān)鍵影響因素。但是，在臨床實(shí)際中，二者的同步監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)分析長期以來存在技術(shù)瓶頸。

2 驅(qū)動(dòng)模式

輪椅是脊髓損傷患者日常生活所依賴的主要代步工具[3]。因此，患者驅(qū)動(dòng)模式改變，由上肢完成對(duì)輪椅的推進(jìn)及大部分日常生活活動(dòng)，并承受非自然的載荷。有調(diào)查顯示，脊髓損傷患者中有58%存在上肢疼痛，其中有71%的疼痛部位為肩關(guān)節(jié)[31]。肩痛發(fā)生率最高的病程年限主要在初發(fā)病的1年以內(nèi)，和發(fā)病超過15年以上兩個(gè)階段，期間發(fā)病5年以上肩痛的發(fā)生率有隨年限增加而升高的趨勢(shì)[31]。同樣，肩痛的發(fā)生會(huì)影響患者的生活質(zhì)量，給功能康復(fù)的預(yù)后帶來消極的影響[31]。

健康人下肢承重時(shí)，外力直接通過相互接觸的骨性關(guān)節(jié)面垂直傳遞。但在上肢，尤其是盂肱關(guān)節(jié)，并不適合進(jìn)行承重[32]。在日常生活中，對(duì)上肢通常有更加復(fù)雜、精細(xì)的功能需求，如梳頭、喝水、拿取物品等開放鏈的行為，對(duì)靈活性與準(zhǔn)確性的要求較高，且使用頻率和重復(fù)性較低，很少與負(fù)重相關(guān)。因此，脊髓損傷后，無論是日常撐起、轉(zhuǎn)移或是輪椅的使用，上肢關(guān)節(jié)，尤其是肩關(guān)節(jié)的受力模式與健康人大不相同。其中，新的受力模式主要有兩個(gè)特征: 新增的外力及其直接影響、高度重復(fù)的周期性特征。

2.1 新增的外力及其直接影響

輪椅推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生手推圈反作用力，使得肱骨頭發(fā)生向上、向后的位移，肩峰下間隙減小[33]，同時(shí)在肩關(guān)節(jié)產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩也隨著推進(jìn)速度的增大而增大[34-35]。撐起、轉(zhuǎn)移等參與負(fù)重的動(dòng)作所產(chǎn)生支撐的反作用力，也最終帶來與其他日常活動(dòng)相比大得多的肩峰下壓力[36]。

因此，在脊髓損傷早期，由于患者的肩關(guān)節(jié)活動(dòng)受限、殘存肌力低下、肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性不足等因素，其并不能很好地滿足新的受力需求，這可能是導(dǎo)致早期肩痛發(fā)生率較高的原因[37]。研究顯示，隨著輪椅使用經(jīng)驗(yàn)的增長，輪椅推進(jìn)的技能逐漸熟練，患者也開始適應(yīng)新的受力模式，手推圈反作用力降低，輪椅推進(jìn)的效率得到提升[38]，反映在手推圈反作用力為一系列與切向分力相關(guān)的力學(xué)系數(shù)，例如有效力、有效力系數(shù)、機(jī)械有效力等[39-40]，從而使得這一階段的患者肩痛發(fā)生率開始下降。

2.2 高重復(fù)性周期性特征

盡管撐起、轉(zhuǎn)移等動(dòng)作對(duì)肩關(guān)節(jié)的負(fù)重提出較高的要求，但在生活中出現(xiàn)的頻率并不是非常高[41]。而頻繁的輪椅推進(jìn)所產(chǎn)生的手推圈反作用力本身并不大，峰值通常不超過100 N，與步行時(shí)產(chǎn)生的地面反作用力相比小得多[38]。也就是說，盡管脊髓損傷患者的驅(qū)動(dòng)由下肢轉(zhuǎn)為上肢完成，卻發(fā)生了驅(qū)動(dòng)與支撐的分離，使得上肢在輪椅推進(jìn)時(shí)并不需要同時(shí)承擔(dān)體重，從而相對(duì)減輕了上肢的負(fù)擔(dān)。因此，隨著輪椅使用年限繼續(xù)增加，盡管肩痛的發(fā)生率再次提高，脊髓損傷患者卻不同于以步行為驅(qū)動(dòng)的人群，后者的主要疼痛原因來自骨關(guān)節(jié)炎。此時(shí)，除了與年齡相關(guān)的退行性改變，由于長期輪椅驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的肩袖損傷、肩峰下撞擊等慢性的肌肉、軟組織問題，在脊髓損傷患者中更常見[42-45]。

這與輪椅推進(jìn)在日常生活中的高重復(fù)性不無相關(guān)。有研究表明，即使是較高的輪椅推進(jìn)效率，也可能產(chǎn)生高的肌肉負(fù)荷[45]。長此以往，即使患者逐漸適應(yīng)新的受力模式，也可能由于肩關(guān)節(jié)的過度重復(fù)使用而產(chǎn)生疲勞損傷。因此，輪椅推進(jìn)的周期性特點(diǎn)變得尤為重要，一方面體現(xiàn)在特定關(guān)節(jié)周期性運(yùn)動(dòng)和特定角度下的周期性受力，另一方面體現(xiàn)在對(duì)上肢肌肉的激活的周期性動(dòng)力需求。

在步態(tài)周期中，下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度隨時(shí)間變化的特征，被認(rèn)為是對(duì)下肢肌骨損傷機(jī)制重要的生物力學(xué)特征，例如髖關(guān)節(jié)的內(nèi)、外旋角度，膝關(guān)節(jié)的內(nèi)、外翻角度等。與之類似，在輪椅推進(jìn)周期中，上肢肩關(guān)節(jié)頻繁處在一定程度的外展，后伸，內(nèi)、外旋等角度下，使得肩峰下間隙進(jìn)一步減小，增加了肩峰下撞擊、肌肉不平衡等問題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[46]。2005年，美國癱瘓退役軍人協(xié)會(huì)發(fā)布的一項(xiàng)脊髓損傷肩關(guān)節(jié)防護(hù)指南提出了多項(xiàng)建議，關(guān)于較大推進(jìn)弧度、“雙環(huán)型”手部復(fù)位軌跡的推薦及輪椅高度、前后位置的配置等方面的建議，也同樣是圍繞著關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度提出的[47]。

輪椅推進(jìn)周期中，上肢多數(shù)肌肉僅在推進(jìn)相或復(fù)位相的特定階段發(fā)揮功能[48]。這意味著，在一個(gè)周期中，上肢的主要肌肉需要交替行使主動(dòng)肌與拮抗肌的功能，而推進(jìn)與復(fù)位對(duì)肌肉的激活需求卻各不相同。參與推進(jìn)功能的肌肉表現(xiàn)出更長的持續(xù)激活時(shí)間，以完成驅(qū)動(dòng)任務(wù)；而參與復(fù)位功能的肌肉則表現(xiàn)出更早的激活啟動(dòng)時(shí)間與到達(dá)幅值峰值的時(shí)間，以保證動(dòng)作的自然流暢。甚至有的肌肉，如岡上肌，在兩個(gè)階段均有貢獻(xiàn)。這對(duì)于上肢肌肉的要求比日常其他活動(dòng)復(fù)雜得多，并且受到不同速度、不同坡度的影響[49-51]。這使得上肢肌肉的不平衡成為肩痛的原因之一。有學(xué)者將上肢特定肌肉的力量評(píng)估作為疼痛風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的重要參考，例如肩內(nèi)收肌的肌力較弱便是最常被提到的一項(xiàng)指標(biāo)[52]。

因此，脊髓損傷患者的驅(qū)動(dòng)模式發(fā)生改變，帶來肩關(guān)節(jié)受力模式的改變，患者的身體結(jié)構(gòu)需要適應(yīng)全新的受力模式，可能會(huì)導(dǎo)致初期適應(yīng)性或長期慢性的肩關(guān)節(jié)疼痛問題。這種驅(qū)動(dòng)模式與健康人的步行一樣，包含著深刻的生物力學(xué)問題，但是其研究深度遠(yuǎn)不及步態(tài)分析[53]。參考步態(tài)研究的手段，應(yīng)用在體、離體測(cè)試，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬，深入研究上肢輪椅驅(qū)動(dòng)的生物力學(xué)影響，對(duì)于脊髓損傷患者的康復(fù)具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

3 支撐與驅(qū)動(dòng)的相互影響

脊髓損傷患者獨(dú)特的支撐和驅(qū)動(dòng)模式包含兩個(gè)看似分離的力學(xué)過程，其實(shí)二者是緊密聯(lián)系的。靜態(tài)的支撐為動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)提供了穩(wěn)定性基礎(chǔ)，而驅(qū)動(dòng)也使得坐姿下的支撐與站立位的雙腳支撐明顯不同，增加了壓力和摩擦力的可變性，使得支撐情況更為復(fù)雜。

3.1 支撐是穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)

在維持靜態(tài)坐位時(shí)，患者僅通過臀部與背部的支撐就可以獲得足夠的穩(wěn)定性。在動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的過程中，以臀部為支點(diǎn)，身體在各方向上進(jìn)行移動(dòng)，是一個(gè)不穩(wěn)定的倒立鐘擺模型[54]。骨盆周圍的肌肉，如腹橫肌、豎脊肌等屬于近端核心肌群，對(duì)維持軀干和骨盆的穩(wěn)定起到了重要作用。此外，由于地面環(huán)境、運(yùn)動(dòng)速度的影響以及不穩(wěn)定事件的發(fā)生，在各個(gè)方向上的穩(wěn)定性將會(huì)進(jìn)一步受到挑戰(zhàn)，需要支撐來起到穩(wěn)定、緩沖、卸載的作用。正常情況下，腰椎、臀部軟組織能夠吸收振動(dòng)，并以最佳的方式分散到組織中，避免某些組織的受力過大，發(fā)生損傷。對(duì)于脊髓損傷患者，由于軀干控制不足導(dǎo)致骨盆后傾的出現(xiàn)，脊柱失去了正常的生理曲度，無法以最佳的模式分散振動(dòng)，這也是脊髓損傷患者出現(xiàn)脊柱畸形、椎間盤退變、慢性下腰痛的誘因之一[55]。當(dāng)患者遭受到其他方向上的載荷時(shí)，主要通過連接于骨盆上的背闊肌來進(jìn)行代償性調(diào)節(jié)[56]。因此，支撐不僅僅是骨性結(jié)構(gòu)的力傳導(dǎo)，還包括神經(jīng)肌肉對(duì)穩(wěn)定骨性結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。

3.2 驅(qū)動(dòng)對(duì)支撐的力學(xué)影響

對(duì)于脊髓損傷患者由軀干驅(qū)動(dòng)的前傾動(dòng)作，可以分為從后傾恢復(fù)至直立位，與從直立位轉(zhuǎn)移到前屈位的過程。如前所述，在第一個(gè)過程中，由于軀干傾斜以及靠背旋轉(zhuǎn)角度之間的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致傾斜后恢復(fù)過程中的軀干發(fā)生滑動(dòng)，使得臀部剪切力增大[29-30]。在從直立位轉(zhuǎn)移到前屈30°的過程中，臀部所受的摩擦力相對(duì)于直立位也會(huì)出現(xiàn)約0.35 N的增加[57]。這說明，軀干的活動(dòng)角度與臀部所受摩擦力之間存在緊密的聯(lián)系。

對(duì)于由上肢驅(qū)動(dòng)的輪椅推進(jìn)動(dòng)作，峰值接觸壓力通常高于靜態(tài)坐位時(shí)的值[58]，而接觸面的平均壓力會(huì)降低[6]，說明驅(qū)動(dòng)時(shí)坐位所受的壓力較集中。很少有研究探索輪椅推進(jìn)對(duì)臀部摩擦力的影響。不過，有研究發(fā)現(xiàn)在推進(jìn)過程中，峰值壓力的位置與坐骨結(jié)節(jié)的位置并不完全一致，坐骨結(jié)節(jié)在壓力峰值部位后7.5～30.9 mm[59]，這也就說明了在坐骨結(jié)節(jié)下軟組織中存在著一定的剪切應(yīng)力。從坐骨結(jié)節(jié)下軟組織的應(yīng)力情況看，峰值應(yīng)力同樣遠(yuǎn)高于靜態(tài)時(shí)的值，且隨著輪椅推進(jìn)速度的增大，峰值應(yīng)力也逐漸增大[60]。

4 總結(jié)與展望

脊髓損傷患者的支撐和驅(qū)動(dòng)模式改變，對(duì)患者的日?；顒?dòng)、生活質(zhì)量和并發(fā)癥發(fā)生都有重要影響。建立脊髓損傷患者支撐和驅(qū)動(dòng)的生物力學(xué)理論框架，是醫(yī)工交叉服務(wù)殘疾人康復(fù)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新康復(fù)療法、開發(fā)康復(fù)設(shè)備、優(yōu)化康復(fù)力學(xué)環(huán)境，將具有科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)可行性。

運(yùn)動(dòng)康復(fù)是脊髓損傷康復(fù)的核心，可以幫助患者恢復(fù)或維持運(yùn)動(dòng)、平衡和心肺功能，從而達(dá)到回歸社會(huì)和家庭的目的?？祻?fù)臨床研究人員總結(jié)出多種運(yùn)動(dòng)形式，例如輪椅太極拳運(yùn)動(dòng)，并在臨床研究中證實(shí)安全有效[61-62]。這些運(yùn)動(dòng)基本上是在輪椅上實(shí)現(xiàn)的，穩(wěn)定的支撐是運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，在運(yùn)動(dòng)與健康的關(guān)系中蘊(yùn)含著大量生物力學(xué)問題?；谏锪W(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)的生命體征、平衡能力和運(yùn)動(dòng)能耗，治療師可藉此掌握患者的運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，避免自主神經(jīng)過反射等嚴(yán)重并發(fā)癥和跌倒風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)訓(xùn)練量進(jìn)行修正，滿足個(gè)性化訓(xùn)練需求。

由于脊髓損傷病程長和預(yù)后期望高等特點(diǎn)，理想的康復(fù)場(chǎng)所是在社區(qū)和家庭。受限于專業(yè)設(shè)備與人員，患者離開康復(fù)機(jī)構(gòu)后難以得到高質(zhì)量和安全的運(yùn)動(dòng)康復(fù)。近年來，物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，為遠(yuǎn)程康復(fù)和智能康復(fù)提供了更多可能性。在這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物力學(xué)參數(shù)，為安全、可靠、具有順應(yīng)性的康復(fù)運(yùn)動(dòng)提供判據(jù)[63]。此外，腦機(jī)接口、外骨骼機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展也為脊髓損傷提供了站立位移動(dòng)訓(xùn)練的可能[64]，使得脊髓損傷患者的支撐-驅(qū)動(dòng)理論內(nèi)涵更豐富。