退變性脊柱側彎患者長節段融合固定術對下肢步態的影響

郜順興 王芳芳 吳琳琳 馮娟娟 王軍 陶曉冰 陳彥平

[摘要] 目的 分析退變性脊柱側彎（DS）患者行長節段融合固定術對下肢步態的影響。 方法 采用回顧性分析評估2015年1月～2017年6月在河北省滄州中西醫結合醫院行長節段融合固定術治療的49例DS患者。觀察患者手術前后的測量時空參數（步長、步速、步寬），以及運動學數據（髖關節運動角度、膝關節運動角度、足底壓力分布），測量冠狀面側凸角（Cobb）、腰椎前凸角（LL）、骶骨傾斜角（SS），以及腰痛下肢痛視覺模擬評分法（VAS）評分、腰椎Oswestry功能障礙指數（ODI）評分。 結果 與術前比較，DS患者術后步長、步速、髖關節運動角度均增加，膝關節運動角度減小，差異均有統計學意義（均P < 0.05），術后步寬與術前比較，差異無統計學意義（P > 0.05）。DS患者術前地面反作用力（GRF）呈高聳單峰曲線，術后GRF變為低平雙峰曲線。與術前比較，DS患者術后Cobb角度減小，LL、SS脊柱平衡參數均增加，VAS評分、ODI評分均降低，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。 結論 長節段融合固定術能通過改善患者脊柱畸形狀態來提高患者的步長、步速等步態參數，實現對患者肢體功能、步態的最終治療，提高患者生活質量。

[關鍵詞] 脊柱側凸;減壓;脊柱融合術;步態分析

[中圖分類號] R687.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）05（c）-0076-04

Effects of long segment fusion and fixation on lower limb gait in patients with degenerative scoliosis

GAO Shunxing? ?WANG Fangfang? ?WU Linlin? ?FENG Juanjuan? ?WANG Jun? ?TAO Xiaobing? ?CHEN Yanping

The First Department of Spinal Cord Surgery， Cangzhou Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine， Hebei Province， Cangzhou? ?061001， China

[Abstract] Objective To analyze the effects of long segment fusion fixation surgery on lower limb gait in patients with degenerative scoliosis （DS）. Methods A retrospective analysis was performed to evaluate 49 patients with DS who underwent long segment fusion fixation surgery in Cangzhou Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine， Hebei Province from January 2015 to June 2017. The surgery were observed before and after treatment of measuring spatiotemporal parameters （step size， step speed and step width）， and the kinematic data （hip joint motion angle， knee joint motion angle and plantar pressure distribution）， and measurement of coronal plane scoliosis angle （Cobb）， lumbar lordosis angle （LL）， sacral slope （SS）， visual analogue scale （VAS） score of lumbago and lower limb pain， lumbar Oswestry disability index （ODI） score Results Compared with the preoperative results， the postoperative step size， step speed and hip joint motion angle of DS patients all increased， while the knee joint motion angle decreased， with statistically significant differences （all P < 0.05）. There was no significant difference of the step width between the postoperative and the preoperative （P > 0.05）. The preoperative ground reaction force （GRF） of DS patients showed a high single peak curve， and the postoperative GRF changed into a low level bimodal curve. Compared with preoperative results， the postoperative Cobb angle of DS patients decreased， spinal balance parameters of LL and SS increased， VAS score and ODI score decreased， and the differences were all statistically significant （all P < 0.05）. Conclusion Long segment fusion fixation surgery can improve patients′ gait parameters， such as step size and step speed， by improving patients′ spinal deformity， so as to achieve the ultimate treatment of patients′ limb function and gait and improve their quality of life.

[Key words] Scoliosis; Decompression; Spinal fusion; Gait analysis

退變性脊柱側彎（degenerative scoliosis，DS）是老年人的常見疾病，其特征為疼痛、活動障礙，可造成巨大社會經濟[1]、醫療[2]負擔。DS的病理機制不同與頸椎疾病外科治療的流行趨勢也存在著差異[3]。一項回顧性研究發現需行手術治療的DS和頸椎疾患發生率分別約為30%和16%[4]，且DS患者的個體往往存在生活質量功能性運動能力的降低[5-6]。

研究顯示，DS患者步態發生變化，包括步長減小、上下肢運動范圍減少[7]，并且可導致軀干發生不對稱旋轉[8]。這是由于在運動過程中，中樞神經系統通過控制脊柱運動調整平衡、維持不斷變化的運動重心。DS手術治療原則包括恢復腰椎冠狀面平衡、阻止或延緩畸形進展以及重建矢狀面平衡[9]，但長節段固定融合后患者脊柱可活動度降低，雖然糾正了力學上的平衡，但順應性降低[10]，這種改變是否更符合人體下肢功能的需要，目前仍缺乏相關方面的研究。

步態分析是收集患者定量信息以幫助理解步態異常情況[11]。在這個過程中，最重要的是對這些數據的解釋和對病理步態分析。目前，國內對于DS患者步態變化研究仍然處于起步階段[12]。隨著人體力線的改變，是否能夠改善患者步態、步速，減少DS患者能量消耗，進而從整體上提高患者生活質量，目前仍不明確。因此，本研究擬通過對DS患者進行手術治療前后下肢步態運動影響的觀察，比較長節段固定矯形后在改善軀干和下肢肌肉控制方面的作用，觀察DS患者長節段融合固定對下肢步態參數的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2015年1月～2017年6月在河北省滄州中西醫結合醫院（以下簡稱“我院”）住院并行手術治療的DS患者49例，男26例，女23例;平均年齡（65.14±5.23）歲;病程3～132個月，中位病程23.5個月;入選病例隨訪時間12～36個月，平均（18.57±3.23）個月。均行長節段固定融合，融合固定節段≥4節椎體。入選病例術前腰椎冠狀面側凸角（Cobb）均>20°。

1.2 納入標準

年齡18～70歲;手術固定節段≥4個;脊柱Cobb>10°;臨床表現為腰痛及下肢放射痛，和/或間歇性跛行，行走距離<50 m;經X線、磁共振成像（MRI）和/或CT證實為腰椎側凸癥，可合并腰椎間盤突出和/或腰椎管狹窄。

1.3 排除標準

既往有脊柱外傷、感染、腫瘤、骨折病變或手術史;合并高血壓、糖尿病、冠心病、近期腦梗死等麻醉科評估后認為不能耐受手術患者;經保守治療1個月以上有所緩解。

1.4 手術方式

由我院脊柱脊髓外一科醫師共同討論決定，其中主任醫師2名，副主任醫師3名，主治醫師5名。患者的主要癥狀為腰背痛伴有下肢神經根壓迫癥狀和神經源性跛行，且經過3個月以上保守治療無效。固定融合節段數、最上端固定椎位置，最下端固定椎位置，是否椎間融合，均由醫生根據DS治療原則討論決定。

1.5 觀察指標及檢測方法

觀察指標：患者年齡、性別、術前術后視覺模擬評分法（VAS）評分、術前術后腰椎Oswestry功能障礙指數（ODI）評分。影像學評估：測量Cobb、腰椎前凸角（LL）、骶骨傾斜角（SS）。1年后觀察患者手術前后的運動學及動力學參數：步長、步寬、步速、髖關節運動角度、膝關節運動角度、足底壓力分布。設備包括足底壓力分布平板（FOOTSCAN-2M3D）、足底三維測力臺（BP-0.5M）、3D數據采集盒、科研版步態測試分析軟件、數據線、專用跑道等。選擇運動平板行走過程中姿勢穩定的連續6個步態周期測量計算各參數的均數、標準差。

1.6 統計學方法

采用SPSS 18.0統計學軟件對所得數據進行分析，符合正態分布的計量資料采用均數±標準差（x±s）表示，用t檢驗，非正態分布的計量資料采用中位數表示，計數資料采用例表示。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 DS患者手術前后下肢步態比較

與術前比較，DS患者術后步長、步速、髖關節運動角度均增加，膝關節運動角度減小，差異均有統計學意義（均P < 0.05），但術后步寬與術前比較，差異無統計學意義（P > 0.05）。見表1。DS患者術前地面反作用力（GRF）呈高聳單峰曲線，術后GRF變為低平雙峰曲線。見圖1。

2.2 DS患者手術前后影像學參數比較

與術前比較，DS患者術后Cobb角度減小，LL、SS脊柱平衡參數均增加，差異均有統計學意義（均P < 0.05）。見表2。

2.3 DS患者手術前后臨床效果比較

與術前比較，DS患者術后VAS評分、ODI評分均降低，差異均有統計學意義（均P < 0.05），見表3。

3 討論

步態是根據個人的期望速度不斷重復和循環的過程。步態周期包括兩個階段：腳在地上（站姿期）和離開地面的周期（擺動期）。臨床醫生可以檢查特定的肌肉序列、關節活動角度，以獲得肌肉骨骼病理學特征，進而了解某種疾病對步態的影響。步行障礙時往往首先表現為雙支撐相時間延長，以增加步行穩定性[13]。DS患者在形體上具有非對稱性特點，對其椎旁肌分布和雙下肢各關節、肌肉功能對稱性產生不良影響，DS患者步態發生變化包括步長減小、上下肢運動范圍減少，軀干不對稱旋轉。Mahaudens等[14]發現DS患者肌肉能量消耗增加且做功效率低。劉嘯等[7]對25例特發性脊柱側彎患者的下肢步態波形分析，發現其步態呈梯形，且膝關節角度整體大于正常人組，角度變化幅度明顯減低，而胸椎及腰椎旋轉角度顯著大于正常人，骨盆旋轉角度未見明顯異常。本研究顯示，隨著脊柱側彎角度的增大，患者各步態參數均呈現下降趨勢，步長較短、步頻較低、步速較慢，且雙足支撐相明顯增加、單足支撐相明顯減少，這提示DS患者是通過延長雙支撐相時間來增加步行的穩定性。脊柱矯形后，患者VAS評分得到了糾正。1年后復查見患者步長、步速均較術前明顯改善，步寬無明顯改善，但固定節段以遠的髖關節、膝關節等手術未累及區域，膝關節運動角度較術前增加。

人類行走時，每邁出一步，足底都會向地面施加負荷，地面給予一個反方向作用力，稱為GRF。GRF的大小與方向直接與人體的重心轉換相關[15]。正常人體的GRF呈雙峰曲線，樸雪梅等[16]對31例強直性脊柱炎（AS）患者行走觀察發現，脊柱左右側傾幅度與正常值比較明顯增大，靜止狀態脊柱旋轉幅度與正常值比較減小。Shin等[17]一項關于左側位綜合征（LSS）患者行走過程中越障能力的研究中，作者測量了LSS患者臀中肌和股外側肌的肌電圖（EMG）參數。并發現在越過障礙物時，LSS患者臀中肌處收縮較健康人減少，而股外側肌收縮增多，提示骨盆運動受限，軀干過屈，步態缺乏穩定性，跌倒風險增加。DS患者表現為頭部和軀干的非對稱性，在3個維度上的平移、旋轉。步態周期中軀干有輕微的活動和伸展，人體的冠狀面的運動軌跡顯示，為了維持軀干平衡，以保持重心位于站立的腳上。因此，軀干會向站立肢體側傾斜。在軸向平面上，軀干的旋轉方向與骨盆旋轉方向相反，軀干向前臂擺動一側傾斜。軀干與骨盆的運動耦合有助于步態的效率和穩定性。岳劍寧等[18]通過對29例腰椎管狹窄患者觀察發現，腰椎前傾度與腰痛加重呈負相關，骨盆前傾度增加與腰痛加重呈正相關。本研究觀察到DS患者GRF變化情況，這些患者雙峰曲線降低或消失，轉變為單峰曲線，且DS患者凹側的GRF較凸側增加明顯，這提示DS患者的GRF浪費更多能量，其步態周期效率低下。

步態分析為DS患者提供客觀行走功能評定，相對于病例中關于行走能力、肌力的描述更具客觀性，能提供更加全面的患者身體運動信息，步態分析提供了下肢運動功能的客觀測量。在隨訪過程中，本研究發現，密切觀察步態參數（即行走速度、步幅長度和步幅寬度）變化，可以幫助調整和監控術后康復情況，通過比較術前術后的步態，進而判定手術效果。康復團隊可以根據人體步行過程中檢測、記錄特定時相軀干和關節運動、肌肉活動、對地面的作用力、關節做功、足底壓力分布、步行中氧氣消耗等數據，有助于調整和監控術后康復方案效果，并可對不同支具[19]、矯形器[20-21]的佩戴效果的評估，以實現對患者肢體功能、步態的治療，最終提高其生活質量。

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（收稿日期：2019-12-23? 本文編輯：顧家毓）