脊柱側彎矯形器對AIS患者步態影響的探討

羅長良，鄭倩

脊柱側彎是1種脊柱常見的復雜的三維畸形，是指脊柱的1節或數節在冠狀面上偏離身體正中線，矢狀面上伴有胸椎后凸減少或腰椎前凸增加，以及水平面上椎體旋轉的畸形表現[1-2]。脊柱側彎可分為結構性、功能性和特發性3種類型[2]，其中特發性脊柱側彎通常發生于青少年，也稱青少年特發性脊柱側彎(Adolescent idiopathic scoliosis,AIS)，國內外發病率為2%～4%，女性尤其多見[3]。除脊柱畸形外，脊柱側彎可引起如本體感受器功能障礙、運動平衡功能異常等表現[4]。相關研究表明，AIS患者在行走過程中其軀干在橫截面內旋轉運動具有明顯不對稱性[5]。在正常步行中，恰當的脊柱和下肢肌肉激活模式可以控制身體節段的活動和軀干的平衡[6-7]。有研究認為AIS患者會改變脊柱的連接結構，從而引起活動性和平衡的改變[4，8-9]。由于脊柱參與維持平衡的過程，脊柱出現畸形則可能引起重心活動的改變從而產生病理步態，相比正常人，AIS患者的步態表現出步長縮短[10-11]，步幅減慢[12]，髖關節和骨盆的活動度減小[10]，能量消耗增加[13]，前進模式和地面反作用力不對稱[14]等情況。

在脊柱側彎的眾多治療方法中，除了外科手術之外，矯形器被認為是治療中輕度側彎最有效的保守方法之一[15-17]。脊柱側彎矯形器能讓患者保持正確的體位，輔助穩定病變關節，減少椎體承重，預防和矯正椎體畸形，在提高患者的軀體功能方面起到積極的作用[18]。但另一方面由于側彎矯形器的設計通常包裹整個脊柱，骨盆和軀干在行走中的活動會受到限制而減少，幾乎所有關于脊柱側彎的步態研究都表明患者步態有異常，但部分研究結果也有相互矛盾之處[10，11，19]。有些研究表明因為脊柱矯形器減少了軀干、骨盆和髖關節的活動，從而引起了異常步態[20-22]。但另外有研究認為脊柱矯形器的使用可以通過改善本體感覺、平衡功能以及律動能力來提高AIS患者動態姿勢的控制[23]，從而改善其病理步態。

據我們所知，脊柱側彎患者配戴矯形器后對其步態影響的研究中鮮有全面的綜述，尤其是在國內文獻資料中，更少有探討相關主題的研究。本文就國外研究中關于矯形器對AIS患者造成的步態方面的影響進行綜述，希望對未來國內的類似研究提供參考，為矯形器作為1種重要療法如何達到更優化的治療效果提供理論基礎。

1 脊柱矯形器對于AIS患者步態的即時影響

有研究發現，正常人穿戴1d的脊柱矯形器會引起僵硬步態，表現出軀干、骨盆和髖關節活動的減少，身體肌肉肌電活動會增加以實現身體重心的轉移。而對于沒有接受治療的特發性脊柱側彎患者，也有表現出這種僵硬步態并且影響到他們的步行效率[24]。另外有研究表明配戴矯形器會影響步行時的運動學和力學活動，從而引起病理步態[24-25]。所以有研究者假設：當AIS患者穿上矯形器之后會加重他們的僵硬步態，并且會對步態生物力學產生即時的不利影響[21，26]。Güth等[27]納入37名特發性脊柱側彎患者，觀察他們在穿戴密爾沃基矯形器后單腿站立和行走時豎脊肌與臀中肌的肌電活動，同時記錄他們軀干和骨盆在冠狀面內的活動情況。結果發現豎脊肌幾乎沒有檢測到肌電信號，但是臀中肌比起未戴矯形器時的活躍度增加，軀干和骨盆在行走過程中的偏移幅度減小。而Mahaudens等[22]的試驗卻發現臀中肌有完全不同的表現，該試驗選取13個AIS女性患者作為研究對象，通過三維運動分析儀記錄她們在沒穿戴和穿戴矯形器的2種情況下，步態中的運動學、肌電圖、力學和能量變化情況，研究結果發現脊柱矯形器既沒有改變患者步態中的能量消耗也沒有改變腰盆部肌肉的活動時間。但是對于穿戴矯形器的AIS患者，雙側臀中肌活躍度減少，冠狀面內髖關節和肩關節活動減少，骨盆旋轉減少。

另外Karimi 等[28]納入10位AIS患者觀察其與正常人相比行走過程中下肢關節、骨盆、軀干的活動度以及步態對稱性，同時也觀察軀干矯形器對上述參數的短期影響。在前1次研究中，他們認為脊柱側彎矯形器的使用可以改善左右兩側骨盆和髖關節的活動對稱性，但是會減小這2個關節的活動度。而在之后的研究中，表明AIS患者穿戴和未穿戴矯形器的情況下均減少了骨盆、軀干、髖關節和膝關節的活動范圍，但是僅骨盆在3個平面內活動和軀干在橫斷面內活動的減少才有統計學差異，此外兩種情況下踝關節的運動學參數均沒有顯著變化，骨盆和軀干活動的減小說明了脊柱側彎矯形器可能僅對近端關節產生影響。在對稱性方面，有數據顯示軀干矯形器降低了患者步行過程中骨盆、膝關節和踝關節在矢狀面以及骨盆和髖關節在冠狀面內的不對稱指數。最后研究者得出結論，脊柱矯形器影響了AIS患者骨盆的關節活動度，并改善了骨盆活動的對稱性，但是矯形器并沒有明顯影響患者髖、膝、踝關節的運動學參數[29]。Wong等[20]的研究也有相似的發現，他們觀察21名AIS患者在穿戴1個月的柔性和剛性兩種不同脊柱矯形器之后的下肢動力學和運動學數據，結果發現脊柱的固定不會影響行走過程中下肢的運動學，但會顯著降低骨盆的傾斜度，雙側的骨盆在冠狀面的活動減少，髖部的內收外展活動也減少。

除了脊柱矯形器對于AIS患者骨盆和下肢的運動參數的影響外，也有學者研究過矯形器對于脊柱側彎患者能量消耗的影響，Lindh[30]的研究評估AIS患者穿戴和未穿戴密爾沃基式矯形器時的步態，發現穿上矯形器后患者在3km/h的低速下行走時的總攝氧量有不顯著的減少趨勢，在4.5和6km/h的速度下攝氧量增加。她的研究認為，矯形器引起的軀干和骨盆的活動限制可以通過其他運動得到補償，比如通過其他肌肉的過度活躍和增加能量攝入，因此在步行速度增加到一定程度時，佩戴脊柱側彎矯形器會引起患者能量消耗的增加。

2 脊柱矯形器對于AIS患者步態的長期影響

以上研究者探討矯形器作用于脊柱短期內產生的力學和運動學效應，發現了對骨盆和能耗等方面的影響，但由于AIS患者的矯形器多是長期使用，從就診開始持續到患者青春期生長發育停止，并且每日時長超過22h[31]，所以研究患者在長期使用矯形器后對步態的影響可能更有意義。MS等[20]的研究發現患者在穿戴兩種強度不同的脊柱側彎矯形器1年之后，患者骨盆活動度和側方傾斜度仍然明顯減少，但髖膝踝的動力學和膝踝關節的運動學沒有明顯改變。而Philippe和Maxime等[32]使用步態分析儀評估了患者穿戴6個月的脊柱側彎矯形器之后步行中的運動學、生物力學、肌電圖和能量消耗情況。他們的研究發現在步行中，患者冠狀面的骨盆和髖部活動明顯增加，肌肉的生物力學活動增加，接近但仍不同于正常人。AIS患者穿戴矯形器之前雙側腰骶肌肉活動比正常人活躍度超40%；但在穿戴矯形器6個月后，除了豎棘肌肌電活動明顯減少外，其他肌肉沒有變化。在步態過程中，患者肩部旋轉輕度減少，以自己最舒服的速度行走時，穿上矯形器能量消耗增加30%，在未穿戴矯形器時，患者能量消耗也超過正常人的30%，所以AIS患者穿戴6個月矯形器之后能耗沒有明顯變化。研究者最后的結論認為，不同于他們一開始的猜想，AIS患者長時間穿戴矯形器與未接受矯形器治療前相比，并沒有出現明顯的身體僵硬或損傷行走等功能活動[32]。

Khanal等[33]也觀察了胸腰骶矯形器對于特發性脊柱側彎患者姿勢控制和平衡功能的影響。通過對健康和AIS的各8個女孩相比得出結論：與健康受試者相比，脊柱側彎患者的平衡功能更差，并且在穿戴4個月的矯形器之后，AIS患者的平衡功能并未得到改善。此外，Paolucci等[34]在1個關于色努矯形器對AIS患者的姿勢性平衡影響的研究中，納入13個患有脊柱側彎的青少年在接受8個月的矯形器治療后和同樣數量的健康青少年相比，觀察他們的姿勢能力和左右兩側肢體的對稱性，并計算他們行走時的步速、步長、步幅和步寬，實驗結果證明使用色努矯形器后患者行走速度減慢，步寬和步長沒有明顯變化，步幅減小，肢體對稱性相比未穿戴矯形器的時候有一定改善。

3 小結

國內研究者關于矯形器對于脊柱側彎cobb角和椎體旋轉等方面的研究相對較多，而很少討論矯形器對步態生物力學方面的影響。以上研究都是針對脊柱矯形器對于患者步態和運動學方面的影響而得出的相關結論，其中Güth等[27]的研究是最早關于矯形器對AIS患者步態的影響，并明確了研究過程中使用的矯形器類型為密爾沃基式的研究；Lindh[30]也同樣觀察密爾沃基矯形器對AIS患者的影響，而Karimi等[28]為患者選擇的矯形器類型為波士頓矯形器，3個試驗均表明矯形器的使用會引起患者行走時軀干和骨盆活動度的減少。另外的研究中由于矯形器類型不明，而不同矯形器的設計和矯正原理各有其特點[35]，對患者身體結構和心理接受程度的影響也會不同[36-37]，因而對患者行走時步態產生的影響可能也會有不同的結果。

Wong[20]和Karimi[28-29]的兩次試驗均顯示脊柱矯形器對患者雙下肢髖膝踝關節運動學與動力學參數無明顯影響。此外Lindh[30]與Mahauden[22]以及Philippe等[32]的研究中都有涉及步行過程中能量消耗的評估，但前者認為穿上矯形器后患者在一定速度內氧耗和能耗會減少，而在加速行走時則引起能耗增加，后兩者均認為矯形器的穿戴與否對于患者的能耗不會產生影響。另外在Alieh[38]的關于脊柱側彎矯形器對患者能耗的研究綜述中也認為其穿戴和未穿戴矯形器時與健康人群消耗同樣多的能量，因此能耗并未因矯形器的使用而產生變化。在步行時下肢對稱性的研究中，Karimi和Paolucci都得出同樣結果，即使用矯形器后雙下肢對稱性得到改善[28-29,34]。在納入討論的試驗中，僅Khanal[33]研究了矯形器對患者步行中平衡的影響，并證明平衡功能并未得到改善。Paolucci[34]的研究是眾試驗中唯一對穿戴脊柱側彎矯形器的AIS患者步行的時間-空間參數進行了分析，并得出患者步速降低、步幅減小，而步長和步寬均未改變的結果，但是由于同主題的研究結果太少，矯形器對患者步速、步長等方面的影響仍需要從更多更高等級的數據研究中來進一步證實。

在上述眾試驗中，納入AIS患者人數最多為37人[27]，樣本數量相對較少，其研究結果雖然能反映一定問題，但是仍需納入更多患者的研究來證明結論的普遍性和可參考性。在探討脊柱側彎矯形器對患者的長期影響時，Wong等[20]的研究持續到患者穿戴矯形器1年后，得出結論為骨盆活動度仍然明顯減少，但下肢運動學和動力學沒有明顯變化。該試驗比起另外兩個研究中的隨訪時間(Philippe等[32]6個月，Khanal等[33]4個月)更具有說服力。脊柱側彎患者通常需要在矯形器師為其適配矯形器6個月左右接受復查，對其矯形器的穿戴情況和矯正性能進行檢查后再考慮是否更換矯形器或者添加力學矯正墊等，所以低于6個月時間的矯形器穿戴并不能很準確地觀察出矯形器對于患者的長期影響；但是隨訪時間更長，研究結果可能會更可靠。

綜上所述，AIS患者穿戴脊柱矯形器后，行走過程中雙下肢運動對稱性得到改善，軀干和骨盆的活動會減少，踝關節和足部的運動學及行走過程中的平衡功能沒有明顯變化，患者能量消耗保持不變，結論表明脊柱側彎矯形器并不能達到很有效的改善患者異常步態的效果，仍需要更大樣本量和更長時間隨訪的研究結果來證實，并且使用不同設計的脊柱側彎矯形器對研究結果的影響變化，在以后同主題的研究中也應當納入考慮。