雙重任務(wù)和步行速度對慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者步態(tài)變異性的影響

馬陽，董衛(wèi)東，丁俊杰，管英杰

(延安市人民醫(yī)院骨科四病區(qū)，陜西 延安 716000)

作為人體的主要負(fù)重關(guān)節(jié)，踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性對人體的運(yùn)動功能具有重要意義，然而在運(yùn)動中，無論是創(chuàng)傷性還是過度疲勞所致的踝關(guān)節(jié)損傷在人群中都很常見[1]。一般認(rèn)為多次反復(fù)的踝關(guān)節(jié)損傷后逐漸發(fā)生局部疼痛、控制力和本體感覺能力減弱，稱為慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(chronic ankle instability，CAI)[2]。這些癥狀的原因和反復(fù)發(fā)作的踝關(guān)節(jié)扭傷的頻率尚不完全清楚。

近年來的研究表明，中樞運(yùn)動神經(jīng)整合的缺陷可使CAI患者運(yùn)動控制力受損[3]。Ghanavati等[4]評估CAI患者和健康人群的單肢姿勢控制(overall stability index，OSI)和肩部位置感(absolute error score，AES)之間的相關(guān)性后發(fā)現(xiàn)，僅在健康人群中觀察到下上肢之間的OSI和AES的相關(guān)性，提示了CAI患者存在中樞運(yùn)動神經(jīng)整合改變。隨后有研究認(rèn)為CAI患者步態(tài)改變主要是由受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)導(dǎo)致的。步態(tài)分析是在人體行走時對肢體和關(guān)節(jié)活動進(jìn)行運(yùn)動學(xué)觀察和動力學(xué)分析。研究表明，行走速度對關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)模式和步態(tài)變異度具有顯著的影響[5]。在不同速度行走的情況下評估步態(tài)的變異性可用來檢測中樞神經(jīng)系統(tǒng)在控制步態(tài)方面的靈活性。基于對許多日常活動的認(rèn)識，甚至是需要注意和認(rèn)知能力完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)活動，雙重任務(wù)模式已經(jīng)被用來觀察對姿勢控制和步態(tài)注意力的需求。雙重任務(wù)是指在進(jìn)行行走步態(tài)測試的過程中，同時對受試者的認(rèn)知功能進(jìn)行測試。與健康受試者相比，認(rèn)知任務(wù)的表現(xiàn)已經(jīng)顯示出CAI患者姿勢控制力的弱化[6]。但以往的研究并未探討認(rèn)知任務(wù)和步行速度對受試者步態(tài)表現(xiàn)的影響。因此本研究主要比較雙重任務(wù)和步行速度對CAI患者步態(tài)變異性的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 本研究納入了2015年1月至2016年9月期間我科收治的16例CAI患者，同時招募了16例與踝關(guān)節(jié)手術(shù)患者的年齡及性別匹配、體格健全的健康志愿者參與本研究作為健康對照組。CAI入組標(biāo)準(zhǔn)：a)踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷3次以上；b)在不平的路面上行走有主觀不穩(wěn)感；c)最近的一次踝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生在入組前6周以上；d)踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)問卷(ankle instability instrument，AII)中至少5個陽性反應(yīng)；e)能夠耐受損傷下肢的負(fù)重且無明顯不適感。CAI患者的排除標(biāo)準(zhǔn)包括有：a)伴隨性損傷，包括骨損傷或明顯的肌肉/肌腱損傷；b)既往的踝關(guān)節(jié)手術(shù)史；c)下肢其他病理狀況或手術(shù)史；d)神經(jīng)性或前庭功能障礙導(dǎo)致的平衡障礙。對照組入選標(biāo)準(zhǔn)：a)無踝關(guān)節(jié)扭傷史，MRI顯示無前距腓韌帶(auterjor tolofitular ligament，ATFL)和跟腓韌帶(culeaneofibular ligament，CFL)損傷；b)之前無踝關(guān)節(jié)或同側(cè)下肢其他關(guān)節(jié)手術(shù)史；c)不存在踝關(guān)節(jié)周圍其他關(guān)節(jié)或骨骼的畸形如扁平足、高弓足、足跟內(nèi)翻、脛骨平臺內(nèi)翻等；d)既往無踝關(guān)節(jié)骨折史；e)沒有慢性疾病(如多發(fā)性硬化癥、中風(fēng)、帕金森氏病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、Ⅱ型糖尿病)或視覺、前庭障礙等影響步態(tài)平衡的疾病。

1.2 步態(tài)測試 對受試者在跑步機(jī)上的四種不同的步行條件下的行走步態(tài)進(jìn)行評價：自定步速、雙重任務(wù)自定行走、快速行走和雙重任務(wù)快速行走。其中在自定步速條件下，受試者以個人日常的步行速度進(jìn)行行走；而在快速行走條件下，受試者以最大速度步行但尚未達(dá)到跑步速度的方式進(jìn)行行走。而雙重任務(wù)自定行走和雙重任務(wù)快速行走模式下的行走速度分別與自定步速、快速行走模式相同。雙重任務(wù)即囑咐受試者邊走邊大聲朗誦系列7減法，每次實驗都從一個不同的三位數(shù)開始，但沒有關(guān)于行走與認(rèn)知任務(wù)優(yōu)先級的任何指令。在開始任務(wù)前，利用休息的時間測量算術(shù)任務(wù)120 s，以檢查行走對這個認(rèn)知任務(wù)的影響。本研究使用的DVMC-8801三維運(yùn)動捕捉步態(tài)分析系統(tǒng)的采樣頻率為60 Hz，絕對誤差小于1 mm。該系統(tǒng)由3部分組成：分布在不同位置的8臺紅外線攝像機(jī)、黏貼在待測部位的光學(xué)標(biāo)記點以及調(diào)控以上兩部分裝置同步運(yùn)行并對其測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的計算機(jī)及其外圍設(shè)備。首先調(diào)整步態(tài)分析主機(jī)與紅外線攝像頭之間的配置及測量范圍。測試中患者下身穿緊身運(yùn)動短褲，以保證標(biāo)志點標(biāo)識運(yùn)動中肢體的位置，防止衣物對反光點遮擋。三維步態(tài)分析反光點定位：a)骨盆部-腰腹部：髂前上棘、骶骨(共3點)；b)髖關(guān)節(jié)：股骨大轉(zhuǎn)子(共2點)；c)膝關(guān)節(jié)：股骨內(nèi)外側(cè)髁、脛骨結(jié)節(jié)及腓骨小頭(共8點)；d)踝關(guān)節(jié)：內(nèi)外踝尖(共4點)；e)第1跗跖關(guān)節(jié)與第2跗跖關(guān)節(jié)之間(共2點)。測試用運(yùn)動平板(ECONUSA)行走區(qū)域均在紅外線攝像頭采集區(qū)，平板傳送帶面積480 mm×1 400 mm，受試者每個條件下進(jìn)行2 min的試驗，4個行走的條件兩兩之間有2 min的休息時間。以數(shù)值“100×(步幅時間的標(biāo)準(zhǔn)差/平均步幅時間)”表示步頻的變異系數(shù)(stride time variability，STV)，以數(shù)值“100×(步幅長度的標(biāo)準(zhǔn)差/平均步幅長度)”表示步長的變異系數(shù)(stride length variability，SLV)。

2 結(jié) 果

2.1 入組CAI患者和健康受試者的臨床資料 CAI患者和健康受試者的基本資料見表1。兩組人群間的一般臨床資料，如年齡、性別、身高、體重和自定步速/快速行走速度差異均沒有統(tǒng)計學(xué)意義。CAI組上次扭傷平均時間為(21.25±16.57)周，平均腳踝不穩(wěn)儀器評分為(6.81±1.38)分。

2.2 CAI組和對照組在系列7減法任務(wù)的表現(xiàn) 單因素方差分析顯示組間或測試條件的不同沒有顯著影響，表明不同組在休息、自定步速和快速行走條件下的系列7減法表現(xiàn)相似(見表2)。

在健康對照組中，與自定步速行走模式下的STV相比，健康對照組人群的雙重任務(wù)自定步速行走、快速行走及雙重任務(wù)快速行走模式下的STV都降低(P值分別為0.011、0.016和0.001)。在CAI組中，與自定步速行走模式下的STV進(jìn)行比較，只有雙重任務(wù)快速行走模式下的STV降低(P=0.008)，但與雙重任務(wù)自定步速和快速行走模式下的STV相比較，CAI組的雙重任務(wù)快速行走的STV降低(P值分別為0.007和0.015)。但兩組受試者在四種不同的行走模式下的SLV均差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

表1 研究對象的基本特征

表2 兩組受試者在系列7減法任務(wù)的表現(xiàn)

表3 兩組受試者在每個行走的條件下步頻和步長的變化比較%)

3 討 論

作為人體的主要負(fù)重關(guān)節(jié)，踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性對于人體的運(yùn)動功能具有重要意義。而踝關(guān)節(jié)的損傷如果得不到及時診斷和治療，就會造成慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。本研究結(jié)果顯示，盡管STV改變的程度不同，當(dāng)面對有挑戰(zhàn)性的行走條件時，兩組的STV都出現(xiàn)顯著性降低。在健康對照組中，相比較雙重任務(wù)自定步速或者快速行走，正常自定步速行走的STV減少；但隨著行走條件的難度增加，如雙重任務(wù)快速行走，并沒有進(jìn)一步改變步態(tài)節(jié)律。相比之下，CAI組的正常自定步速行走、雙重任務(wù)自定步速與快速行走的STV都沒有顯著變化，而在雙重任務(wù)快速行走條件下STV顯著減少。由于步態(tài)變異程度反映了中樞神經(jīng)系統(tǒng)對行走的控制[7-8]，因此本研究結(jié)果證明了CAI患者與健康人群的中樞神經(jīng)系統(tǒng)對行走控制的適應(yīng)性存在差異。有研究表明CAI患者運(yùn)動控制的改變可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的缺陷相關(guān)[9]。

在復(fù)雜的步行條件下減少的STV反映了感覺系統(tǒng)向更穩(wěn)定的運(yùn)動模式進(jìn)行重適應(yīng)調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)變異的應(yīng)對機(jī)制可能有助于防止復(fù)雜行走任務(wù)中的損傷[10]。健康受試者可能在任務(wù)和環(huán)境的微小變化作出及時的適應(yīng)性改變，而CAI患者對任務(wù)和環(huán)境變化可能會出現(xiàn)反應(yīng)延遲或缺乏。在CAI組患者中STV的改變需要更高難度的步行條件，提示CAI患者在中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動模式的重組中更加困難。這可能影響CAI患者的步態(tài)平衡能力，也從一定程度上解釋了CAI組患者易出現(xiàn)反復(fù)踝關(guān)節(jié)扭傷及相關(guān)的復(fù)發(fā)癥狀。因此本研究的結(jié)果表明了CAI患者由于感覺運(yùn)動系統(tǒng)的限制而減少了對任務(wù)和環(huán)境的自發(fā)適應(yīng)的能力。Mandarakas等[11]的研究表明，改變步態(tài)的機(jī)制與CAI相關(guān)，而踝關(guān)節(jié)扭傷常發(fā)生步態(tài)改變中。因此我們認(rèn)為在臨床上可考慮在不同步態(tài)條件下對CAI患者進(jìn)行訓(xùn)練，如在不同的速度和雙重任務(wù)下行走，以防止再次發(fā)生踝關(guān)節(jié)損傷。這種做法可以改善感覺運(yùn)動系統(tǒng)重組運(yùn)動和適應(yīng)各種情況的能力。但需要注意的是，盡管平衡訓(xùn)練方案已被證明能改善CAI患者的踝關(guān)節(jié)功能[12]，但對改善運(yùn)動功能如步態(tài)表現(xiàn)等，目前仍缺乏證據(jù)[13]。因此，應(yīng)行更大范圍的前瞻性研究來進(jìn)一步證實平衡訓(xùn)練的臨床效果。

雖然雙重任務(wù)模式和步態(tài)速度的不同能夠改變CAI患者的STV，但并不影響SLV，這與鄧勇等[14]的研究一致。Sloot等[15]表示與控制時間相比，控制空間節(jié)奏的機(jī)制可能需要較少的中樞神經(jīng)系統(tǒng)資源。盡管在快速行走和雙重任務(wù)行走條件下，不同組間的STV減少模式不同，但自定步速條件下的STV沒有變化。Swinnen等的系統(tǒng)綜述[16]指出，簡單的姿勢穩(wěn)定性測試，如單腿站立等，并不能對CAI患者和健康人群進(jìn)行鑒別診斷。因此，在更具挑戰(zhàn)性的行走模式下，如雙重任務(wù)或快速行走，步態(tài)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)評價可能更適合于測試有關(guān)CAI的損害。

應(yīng)對挑戰(zhàn)性的步行條件下，STV出現(xiàn)適應(yīng)性的降低高度提示了年輕人中步行過程中在任務(wù)和環(huán)境的變化下可能將走向一個更穩(wěn)定的步態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。但較早前的研究在認(rèn)知負(fù)荷和速度對年輕人步態(tài)變異的影響存在爭議。有研究認(rèn)為雙重任務(wù)或快/慢步態(tài)速度增加了步態(tài)變異性[4，7]，而另有研究認(rèn)為雙重任務(wù)或緩慢的步行速度減少了步態(tài)變異性[3，9]，甚至部分研究認(rèn)為雙重任務(wù)對步態(tài)變異沒有影響[5，8]。Malone等[17]認(rèn)為不同研究結(jié)果之間的差異可能與不同的測量步態(tài)的方法、地面或跑步機(jī)上的不同行走介質(zhì)有關(guān)，而所采用的認(rèn)知任務(wù)的差異也可能與減少或增加自定步速的指導(dǎo)有關(guān)。但以上研究都沒有對各種結(jié)果提供全面的解釋，因此仍需要進(jìn)一步研究以充分了解任務(wù)和環(huán)境的變化對年輕人步態(tài)機(jī)制的影響。

綜上所述，本研究結(jié)果表明在具有挑戰(zhàn)性的步行條件下CAI患者和健康對照組都做出適應(yīng)性反應(yīng)以降低STV。然而，CAI患者需要一個更復(fù)雜的步行條件以減小STV變異度，提示了CAI患者的感覺系統(tǒng)在不同步態(tài)條件下重組運(yùn)動模式的能力有限。

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