不完全性脊髓損傷患者與健康人步態變異性、對稱性和協調性的對照研究

王一吉,周紅俊,劉根林,鄭櫻,郝春霞,衛波

脊髓損傷是一種嚴重的致殘性疾病,會導致損傷平面以下運動、感覺功能及大小便功能障礙[1],而運動功能喪失常常會導致步行功能障礙。與完全性脊髓損傷相比,部分不完全性脊髓損傷患者在輔助下能夠完成步行。因此,重建步態是不完全性脊髓損傷患者的康復治療重點[2-3]。系統、全面地了解脊髓損傷步態特點是重建步行功能的前提條件,目前研究主要集中在對時空參數和運動學參數進行觀察和比較[4-6],缺乏對步行變異性、對稱性和協調性的對照研究。步態變異性和對稱性分別對應著步行時一側下肢步態特征的波動和左右兩側下肢運動的相似程度,是評估步態一致性和節律的敏感指標。既往研究顯示腰椎間盤突出患者的步長變異性較大[7],與正常人相比,偏癱患者的步態對稱性和變異性較大[8],提高步態對稱性和變異性,有助于步行姿勢的改善[9],提高動態平衡功能[10],降低跌倒風險[11]。步態的協調性與對稱性不同,是一側下肢擺動的節奏與另一側下肢擺動節奏的協調程度。既往研究顯示與健康人相比,帕金森患者的協調性較差[12]。本研究主要探討脊髓損傷患者步態變異性、對稱性和協調性特點,了解步態變異性、對稱性和協調性與步行功能的關系,旨在為步行康復訓練起到精確的指導,更好地重建步行功能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 以2020年11月～2022年11月在北京博愛醫院符合標準的脊髓損傷患者22例為觀察組。所有患者的神經學查體依據美國脊柱損傷協會(American Spinal Injury Association,ASIA)制定的脊髓損傷神經學分類國際標準[13],該標準包括下肢運動評分,根據徒手肌力評估方法對髂腰肌、股四頭肌、脛前肌、拇長伸肌和腓腸肌進行0～5分的運動評分,0分是無肌肉收縮,5分是正常功能,將一側下肢關鍵肌得分相加得出一側下肢運動總分,一側下肢正常運動總分為25分,采用AIS殘損分級(ASIA impairment scale)對脊髓損傷程度進行A～E的分級,不完全性脊髓損傷的診斷標準為鞍區感覺或者運動存在[14]。納入標準:年齡18～70歲;不完全性脊髓損傷患者;生命體征平穩;可在踝足矯形器的輔助下完成10m步行。排除標準:脊柱不穩定;嚴重腰痛,腰椎活動受限;體位性低血壓、異位骨化、深靜脈血栓等并發癥;下肢髂腰肌、股四頭肌、腘繩肌、脛前肌及腓腸肌的肌張力Ashworth分級≥2級[15]。另選取年齡、身高、體重等因素與觀察組相仿的22例健康志愿者作為對照組,其納入標準為:無腰椎病史;步行功能正常。本研究經中國康復研究中心醫學倫理委員會批準 (No.2020-072-1)。所有受試者均簽署知情同意書。觀察組與對照組年齡、身高及體重比較差異無統計學意義,具有可比性。見表1。

表1 2組受試者一般情況比較

1.2 方法 所有患者實驗前24h均未進行劇烈體力活動。脊髓損傷步行能力評價量表采用脊髓損傷步行指數Ⅱ評分(walking index for spinal cord injury II,WISCI-II)和功能獨立性評定(functional indenpendence measure,FIM)的行走能力部分[16-17],步態分析采用美國Noraxon公司的MyoMotion三維運動采集系統和Myo Pressure足底壓力采集系統進行各項步行參數數值的采集,在開始進行步態測試前,向受試者講解測試過程及注意事項,確保其充分理解并配合。所有測試均由2名康復醫師(1名負責步態數據采集,1名負責受試者步行安全)進行。受試者取直立位,對其進行髖膝踝關節角度傳感器的佩戴、安裝,囑被試者在壓力測試板上以自然步速來回行走4次以適應步行環境,然后開始正式測試。正式測試時,被試者需先靜止站立10s以進行姿態校準,然后在壓力測試板上來回行走3次,得到3組測試結果。行走測試長度為6m,壓力測試板居中,以保證測試出被試者行走的真實自然狀態。在完成觀察組(患者)的測試后,確定患者的步行最慢速度和最快速度。對照組分為對照組A(正常速度)和對照組B(匹配患者速度)。匹配患者速度范圍=患者最慢速度-0.1m/s<匹配速度<患者最快速度+0.1m/s[18]。對照組首先完成正常速度的測試,然后囑以匹配患者的速度步行數個來回,待適應匹配速度后再進行測試。

2 結果

22例脊髓損傷患者中AIS C級1例,AIS D級21例,病程0～3個月13例,3～6個月5例,6個月以上的4例,頸髓損傷7例,胸髓損傷5例,腰髓損傷10例。

2.1 3組患者步態變異值和對稱值的比較 觀察組的步長變異值、站立相變異值和邁步相變異值均顯著高于對照組A(P<0.05),但與對照組B相比差異無統計學意義。對照組B的站立相變異值和邁步相變異值顯著高于對照組A(P<0.05)。觀察組的步長對稱值,站立相對稱值以及邁步相對稱值均顯著高于對照組A和對照組B(P<0.05),但對照組A和對照組B相比差異無統計學意義。觀察組的PCI顯著高于對照組A和對照組B(P<0.05),但對照組A和B相比差異無統計學意義。見表2。

表2 3組患者的步長對稱值,站立相對稱值及邁步相對稱值比較

2.2 觀察組步態變異值、對稱值和PCI與步行功能的相關性分析 觀察組的站立相變異值、站立相對稱值、邁步相對稱值和PCI 與WISCIII呈負相關,觀察組的站立相變異值、邁步相變異值和PCI與對稱值與FIM步行指數呈負相關。見表3。

表3 觀察組步態變異值、對稱值和PCI與步行功能的相關性分析

2.3 WISCI-II和FIM步行指數的多元線性回歸分析結果 WISCI-II步行指數=22.503-4.039×站立相變異值-15.799×站立相對稱值-0.414×PCI;FIM步行指數=9.111-0.629×PCI。站立相變異值、站立相對稱值和PCI對WISCI-II步行指數均有顯著影響,其中站立相對稱值影響程度最大,其次是站立相變異值,影響最小的是PCI,3個因素對WISCI-II步行指數的影響是顯著負向的。PCI對FIM步行指數有顯著負相影響。

3 討論

脊髓損傷患者的步行能力不僅包括步行速度,步長,站立相及邁步相等時空參數和運動學參數,還包括步態變異性、對稱性和協調性等,它們可作為敏感的指標來評價步行質量的改善程度。步態變異性和對稱性已作為重要指標用于評估腦卒中患者的步態[8,21-22],步態協調性已用于評估帕金森患者和老年人的步態[12],但是在脊髓損傷患者的步態評估中應用較少。由于脊髓損傷患者的歩速顯著低于健康人,為了觀察縮小歩速差距時患者的步態的特點,本研究增加了與患者匹配速度下健康人的比較。本研究證實與正常歩速的健康人相比,脊髓損傷患者的步態變異性、對稱性和協調性均較差,與匹配患者歩速的健康人相比,脊髓損傷患者步態對稱性和協調性較差。

本研究發現,脊髓損傷患者步長、站立相及邁步相變異性顯著大于正常歩速的健康人,推測與脊髓損傷患者歩速和下肢肌力顯著低于健康人有關。脊髓損傷患者步長、站立相及邁步相變異性與匹配速度的健康人相比,差異無統計學意義,推測其原因與健康人為了能以較低歩速行走,對下肢的擺動時長控制欠佳、平衡功能受損,結果導致步態變異性的下降有關。匹配速度的健康人的站立相及邁步相的變異性顯著低于正常歩速的健康人這一發現也證實了此推測。

本研究顯示脊髓損傷患者步長對稱性、站立相對稱性與邁步相對稱性顯著低于正常歩速和匹配歩速的健康人,與既往結果一致[23],而正常歩速的健康人的步態對稱性與匹配歩速的健康人相比差異無統計學意義。脊髓損傷患者下肢運動總分和左右下肢肌力差值顯著高于正常人,因此,可以推測步態對稱性與脊髓損傷導致的肌力較差有關,與歩速的關系不大。保持步態對稱性取決于從大腦皮層到肌肉的神經支配的完整性,任何支配運動控制的神經損傷都會影響步態[24]。脊髓損傷會影響中樞神經對下肢骨骼肌的控制,造成下肢肌力顯著下降。既往研究發現雙下肢肌肉激活的對稱性決定步態對稱性[25],左右下肢肌力的不同會導致下肢向前擺動的程度不對稱,下肢運動功能差的一側單腿擺動控制能力較差[26],這會加大該側下肢與對側下肢步行參數的差異。此外,脊髓損傷會切斷大腦與下肢之間的感覺傳導通路[21],這將造成下肢感覺的不對稱,也有可能導致步態的不對稱。因此,脊髓損傷步態不對稱可能與左右下肢運動、感覺功能受損的不對稱有關[27],提高下肢肌力和縮小左右下肢肌力差距可以提高步態對稱性,與既往研究結果一致[28]。

本研究顯示脊髓損傷患者步態協調性顯著低于正常歩速和匹配歩速的健康人,而健康人不同速度相比,協調性無統計學差異,說明協調性與脊髓損傷相關,而與歩速的關系不大。負責行走過程中肢體內肌肉激活協調的神經元機制與脊髓運動中心有關,雙側下肢屈肌和伸肌組之間的交替活動產生有節奏的步行運動,是通過脊髓兩側中央模式發生器(central pattern generator,CPG)的相互作用實現的[29]。脊髓損傷會影響CPG,破壞負責行走過程中協調肌肉激活的神經元機制,最終導致協調性的異常。

WISCI-II和FIM步行指數都是脊髓損傷患者步行功能的評價指標,而本研究顯示步態的變異性、對稱性和協調性均與步行功能呈負相關,也就是說步態的變異性越小,對稱性越好,協調性越高,脊髓損傷患者的步行功能越好。線性回歸方程顯示WISCI-II步行指數由站立相變異值、站立相對稱值和PCI三項指標決定,而FIM步行指數則主要與PCI有關,突出了步態協調性的重要性。

綜上所述,本研究發現脊髓損傷患者步態變異性、對稱性及協調性均較差,其中歩速是影響步態變異性的重要因素,而下肢肌力以及左右下肢肌力的差值是影響步態對稱性的重要因素,脊髓損傷導致的CPG的受損是步態協調性的重要因素。此外,在為不完全性脊髓損傷患者制定步行康復訓練方案時,需要考慮到患者的步態變異性、對稱性和協調性等指標。另外,本研究樣本量較小,由于研究條件限制,未能進行更多步行參數,如關節活動角度,地面反作用力及肌電信號等相關數據的采集及分析,下一步將擴大樣本量更準確的了解步態特點,并進一步探索步行康復訓練對脊髓損傷患者步態變異性、對稱性及協調性的效果。