減重步行訓練在兒童腦癱康復中的應用①

漆帶麗，張惠佳

腦癱是自受孕開始至嬰兒期內非進行性腦損傷和發育缺陷所導致的綜合征，主要表現為運動障礙及姿勢異常。常并發智力障礙、癲癇、感知覺障礙、交流障礙、行為異常及其他異常，其發病率國內約為0.18%～0.4%[1]。由于步行與移動動作是所有日常生活活動中最基本的動作，因此對于腦癱患兒來說建立步行能力是康復的重要目標之一，尤其是在步行發育的關鍵年齡。腦癱患兒由于中樞性運動障礙導致下肢的異常運動模式，癱瘓肢體的下肢肌力不足，影響下肢站立、行走能力的建立或正常步態的形成。

建立腦癱患兒步行功能和改善其步態一直是兒童康復中一個較為復雜、棘手的難題，目前主要采用綜合的康復治療手段，包括肌肉、關節功能訓練，平衡訓練以及針對性的步行能力建立和步態糾正訓練等，雖然這些方法取得了不同程度的效果，但由于治療師和患者是一對一的訓練，需付出極大努力、且訓練周期較長；有時由于腦癱患兒肌力不足或異常姿勢障礙，導致在步行機制建立的最好時期不能有效地進行步行訓練。而減重步行訓練器就是一種專門為恢復步行能力設計的訓練裝置。現就減重步行訓練在兒童腦癱康復中的臨床應用做一綜述。

1 歷史

1966年，Shik明確提出脊髓步行中樞模式發生器(central pattern generator,CPG)控制動物節律運動的理論[2]。1973年Grillner證明出生后1周的小貓在下胸段水平破壞脊髓，2 d后將其后肢放于活動平板上可以行走[3]。其后大量實驗已證實，在許多無脊椎動物的胸腹神經節和脊椎動物的脊髓中都存在CPG[4-5]，并提出將這一原理應用于人類。20世紀80年代末，Visintin等在不完全性脊髓損傷所致截癱患者身上采用減重平板步行訓練(body weight support treadmill training,BWSTT)取得了較好的療效。90年代后，此裝置被陸續應用于截癱、偏癱、腦癱等步行訓練中，并取得一定的成功。如Hesse等采用BWSTT，經過25 d的治療，讓病程已129 d、正規傳統康復治療3周后仍不能步行的9例偏癱患者恢復行走能力，步行能力評分提高了2.2分[6]；Schindl等用同樣方法對6例不能行走的腦癱患兒進行訓練，其中1例達到獨立行走，2例在助行器下行走[7]；此外在脊髓損傷、下肢關節病患者和帕金森病患者的步行訓練中，都獲得一定的成功[8-9]。我國于20世紀90年代末引入此項運動訓練方法，在成人偏癱步行訓練中取得成功；此后李潤潔、劉紅英、張琦、蘇珍輝等對腦癱患兒進行減重步行訓練，在提高腦癱患兒肌力、改善步行能力等方面均取得明顯效果[10-13]。最近Kullander等對CPG結構的研究取得突破性進展[14]。他們對基因敲除小鼠進行研究后發現，神經元酪氨酸蛋白激酶受體(EphA4)在步行CPG中起重要調控作用，扮演控制步行的角色。并確認脊髓腹內側區的EphA4/VGluT2(囊泡膜谷氨酸轉運體2)雙標神經元，是對步行起興奮作用的CPG網絡中的激活成分。張纓[15]等研究發現，在脊髓損傷大鼠中，通過BWSTT訓練的大鼠，除了在肢體運動功能較未經BWSTT訓練的大鼠明顯改善之外，BWSTT組EphA4/VGluT2陽性神經元的表達亦明顯增加，顯示BWSTT可以激活脊髓步行CPG神經元，進行自我調整、功能重組，使CPG網絡中的的興奮成分增加，恢復部分運動功能。

2 減重步行系統的組成

該系統由兩部分組成：懸吊減重裝置(partial body weight support,PBWS)和活動平板(treadmill)。懸吊減重裝置多為一個過頭的鋼架懸吊裝置(固定支撐架、減重控制臺、電動升降桿)，通過特制的減重背心(身體固定帶)作用于患者，提供減重和保護，減重可達到負擔患者部分甚至全部體重(下肢減重0～100%)，幫助下肢不能負擔全部體重的患者處于直立狀態，并且易于在治療師的輔助下進行步行周期全套動作的練習，這樣就使在傳統運動療法中被認為尚不適宜開始步行訓練的患者可以早期開展步行訓練，對患者的下肢活動能力、平衡能力、步行能力的改善及痙攣狀態的減輕有較好的作用。活動平板多為康復專用電動跑步機，速度調節范圍較大，尤其是低速，可低至0.01 m/s，一般速度為0.01～0.05 m/s，以適應下肢癱瘓患者的步行要求，平板運行時間、速度及坡度可根據患者的要求進行調節，從而設定出不同的運動強度，以滿足患者的需求。

訓練時，患者通過減重背心懸吊于固定的鋼架上，在活動平板上行走，治療師幫助患者旋轉軀干和骨盆完成中心轉移；幫助患肢邁步；防止支撐中期膝反張；使步幅對稱，從而使患兒感受正常的步行模式、建立步行機制和正確的步態。

3 減重步行訓練的工作原理

BWSTT改善步行機制的理論是基于脊髓步行CPG理論、運動控制動力學理論和強制性主動使用理論[16]。一般認為，當移動平板運動時，患者下意識地邁步，實際上是一種強迫性主動運動，可有效地激活運動皮層和脊髓節律性運動中樞。BWSTT利用懸吊裝置不同程度地減輕身體質量對下肢的負荷，配合電動活動平板帶動患者產生重復和有節律的步行活動，使支撐能力不足的患者可以早期進行步行訓練[5]。

脊髓或腦干有CPG，它接受特定的本體感覺階段的傳入，經過整合產生節律性電活動(即步行中屈肌和伸肌交替轉換的神經沖動)而產生循環式步態運動[17]。

BWSTT中來自髖、膝和踝的本體感覺傳入到脊髓運動區，對腰骶運動神經元產生影響，包括長期潛在的影響。這一影響達到一定程度時可被小腦和更高級運動中樞的傳出整合系統所接受，這些傳入有可能擴大皮層和皮層下運動代表區的活動，對皮層代表區可塑性產生影響，反過來又影響脊髓的CPG。

運動控制動力學這一理論強調對運動的控制是通過與行為有關的目標來組織的，這意味著對某些功能性任務只能通過特定運動形式訓練才能完成。因此對運動中樞受損的患者所進行的康復治療應著重于有意義的各項任務，如步行能力只能通過步行訓練才能建立行走能力，步行訓練可以使大腦運動中樞重新學習對下肢運動的控制[16]。近年來的研究證明，特定任務練習有助于腦卒中和脊髓受損患者的運動再學習取得最佳效果[18]。因此在減重步行訓練中應不斷地糾正運動的錯誤，輸入正確的步行運動感覺，從而恢復正常的運動控制。

強制性使用訓練是1989年Wolf首次應用此方法訓練腦卒中患者，使患者上肢功能獲得明顯的改善。其理論基礎源自于美國學者提出的“習得性廢用”理論。該理論認為，腦組織損傷后，出現患肢不能活動進而用健肢代償，從而使患肢廢用。BWSTT正是強迫癱瘓下肢進行正常的步行運動，從而避免“習得性廢用”的發生。

4 兒童減重步行器的康復訓練方法

減重步行訓練器主要用于步行訓練，但它還可以用于患者的平衡協調訓練，如減重坐位平衡訓練，減重站立訓練，減重坐、站平衡儀訓練等；體位轉換訓練，如臥-坐位轉換、坐-站立位轉換。

減重平板步行訓練一般在患者完成減重站立及站立平衡訓練后可以開始進行。不少研究認為減重在10%～45%之間，通常認為減去身體重量不應超過30%[21]，否則患肢抗重力肌得不到有效刺激和鍛煉，因此，在適宜的減重情況下進行下肢負重下平板步行較為合適，但也可以根據患者具體情況選擇減重量，以患者可以邁步為宜。

平板坡度為0，平板速度以患者能承受的速度開始逐漸由慢到快，一般在0.01～2.25 m/s的速度范圍內，以0.03 m/s的增量能適應較低行走速度的腦癱患兒[12]，每次訓練的時間逐漸延長，一般在15～30 min之間，每周5次，每個訓練單元中每5～6 min休息1次，將患兒從懸吊裝置上放下來，坐在椅子上。訓練時間一般為8～12周[18]。

在訓練開始時需要治療師指導矯正異常步態，包括指導和幫助患者控制骨盆、控制膝關節，防止膝過伸或膝支撐不足，控制踝關節在步行支撐期足著地時的踝背伸和足離地時的踝跖屈。此外還可以在減重裝置的幫助下進行踏車訓練，以提高下肢綜合協調控制能力。

5 腦癱兒童減重步行訓練的評估方法

不同的研究者采用不同研究指標，目前尚無統一的標準。

5.1 步行能力 目前多數學者采用步行功能分級(functional ambulation category,FAC)[19]量表來評價患兒的步行能力[6-7,10,12,20]，該量表評定患兒的步行功能分為0～5級，具有察覺行走水平變化的能力。有些采用改良患者評定參考系統(adapted patient evaluation conference system,APECS)評估步行能力[21]，以10～15 m距離進行評價。張琦等[12]采用步行速度和步行距離評價腦癱患兒的步行能力，通過定時10 min的步行距離計算患兒的步行速度；通過6 min內患兒行走的距離，測試患兒的步行距離；并通過生理性消耗指數來評估腦癱患兒的步行效率[22]。幾乎所有的研究均得出BWSTT可以提高步行能力的結論，訓練前后有顯著性差異[7,10,12,23]。對于一項需要多組肌肉協同收縮運動來說，應在正確的感覺下以正確的模式進行大量重復的訓練，BWSTT可使患兒在治療師的精心管理下通過穩定軀干、有效地重心轉移、患肢承重、抗重力肌收縮完成正確而完全的步態，提高步行能力。

5.2 粗大運動功能評估 粗大運動功能測試量表(Gross Motor Function Measure,GMFM)是1989年由Russell等編制出版，主要用于測量腦癱患兒的粗大運動功能狀況隨時間或由于干預而出現的運動功能改變。粗大運動功能測試量表是一種標準化的觀察量表，具有較高的組內和組間信度，對觀察腦癱患兒BWSTT訓練后的粗大運動功能變化較為敏感[24]。該量表[25]中D區(站立項)、E區(走、跑、攀登項)主要是走、跑、跳運動功能，主要是觀察減重步行訓練后的站立和行走功能情況，研究提示BWSTT可使腦癱患兒粗大運動功能提高[7,10,12]。

5.3 表面肌電圖 表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)又稱為動態肌電圖，是通過專門設備從肌肉表面通過電極引導、記錄下來的神經肌肉系統活動時的生物電信號。能夠在一定程度上反映運動單位募集和同步化等中樞控制因素以及肌肉興奮傳導等因素的共同作用。信號的振幅和頻率等特征取決于關節肌肉活動水平，肌肉功能狀態等生理性因素以及探測電極的位置、大小和方向等測量因素的共同作用[26-27]。因此sEMG能夠在一定程度上反應神經肌肉功能狀態[28]。研究者在患側脛骨前肌、腓腸肌內側頭、股二頭肌、股外側肌、臀中肌、豎脊肌和健側脛骨前肌、腓腸肌內側頭表面安放電極記錄電活動，發現在活動平板上患側腓腸肌內側頭的早期活動和脛骨前肌的協同收縮顯著減少；豎脊肌的電活動中第1峰顯著減少，第2峰保持不變，更加呈生理性；股外側肌平均肌電活動減少，但無顯著性差異。以前的研究提示，患側腓腸肌內側頭的早期活動是偏癱足跖屈和內翻的主要原因，同時脛骨前肌的協同收縮也造成步態紊亂，BWSTT使這兩者活動減少，從而使偏癱步態得以糾正。豎脊肌的2個電活動峰值分別與雙下肢支撐期起始與終末的向前方(第1峰)和側方(第2峰)位移有關。BESTT使第1峰活動減少，反映中心懸吊系統妨礙了矢狀位的移位，這是有益的，因為偏癱患者不能有效地阻止身體前進，破壞了步態中的動勢能轉換；第2峰未變，說明懸吊系統未妨礙身體側方移動，而有利于中心轉移。股外側肌平均肌電活動減少，說明減重減少了抗重力肌的刺激和鍛煉，因此應盡快減少減重量[29]。表面肌電圖對拮抗肌的研究表明，BWSTT有利于增強主動肌收縮力量，減輕拮抗肌的痙攣，改善主動肌和拮抗肌之間的平衡。提示BWSTT能改善踝關節肌力平衡，增進活動功能，糾正足下垂[30]。

5.4 其他 如步態循環參數、平衡功能的評定、耐力的檢查等。

6 小結

1999年Hesse等對14例偏癱患者進行PBWS平板步行訓練前后的步態分析、動態肌電圖檢查及綜合步行能力評定，提示PBWS訓練的作用主要包括：①PBWS通過電腦控制減重吊帶將人體懸吊，減輕步行時髖部和雙下肢的負重，可能使患者步行中身體重心的分布趨于對稱，提高患者步行穩定性；②減少步行中下肢相關肌群的收縮負荷，使下肢肌力不到3級的患者能提早進行步態訓練，有利于患者早期下床活動；③下肢關節負荷的減輕可以改善和加大下肢關節的活動范圍；Heese報道偏癱和髖關節置換術后患者在減重平板訓練后患側髖關節的伸展活動范圍增大，步幅相應加大，從而提高步行速度；④減重狀態下可以調節下肢的肌肉張力，避免和緩解由于早期負重行走帶來的不必要的下肢伸肌協同運動和由這種異常模式導致的足下垂、內翻等病理性步態，及早輸入符合正常人生理的步行模式，促進正常步態恢復，提高步行能力。Heese觀察了偏癱患者在減重平板訓練中下肢肌電圖的變化，發現患側腓腸肌、脛前肌、骶棘肌的肌電變化接近于正常步行周期中的肌電變化，支持以上觀點；⑤患者在減重裝置的保護下安全性提高，消除患者步行中的緊張和恐懼心理，更好地配合治療師的治療，治療師也可以把精力主要放在對下肢異常步態矯治上。

活動平板步行與地面步行在運動學參數上有所不同，如活動平板上步行時步頻更快、步長更短、擺動期更短、雙下肢支撐期更長，但對比研究發現，二者下肢肌肉肌電圖表現無明顯差異。

總之，BWSTT對行走能力低下的腦癱患兒將是一種新的改善運動功能的治療選擇。

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