中風偏癱步態(tài)的生物力學及其運動學特征分析

1、中風偏癱步態(tài)的生物力學及其運動學特征分析 （信息時間：2009-1-9閱讀次數：） 中風偏癱步態(tài)的生物力學及其運動學特征分析虹口區(qū)醫(yī)學會 齊瑞 嚴雋陶上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽醫(yī)院摘要目的:偏癱步態(tài)是腦卒中引起的常見后遺癥之一,分析偏癱步態(tài)的運動學規(guī)律,可以加深對偏癱步態(tài)病理特點的認識,從生物力學的角度有效指導患者的運動訓練。方法:應用計算機檢索中國期刊全文數據庫1995-01/2006-12的相關文章,檢索詞“偏癱步態(tài),運動解析”,限定文章語言種類為中文。獲得文章51篇。同時計算機檢索PubMed Central 1990-01/2006-12的相關文章,檢索詞“hemiplegic gait,

2、gait analysis”,限定文章語言種類為English,獲得文章32篇。對資料進行初審,納入標準:關于中風偏癱步態(tài)運動學基礎研究方面的文章。排除標準:重復性研究。對所得文獻進行提煉,獲得符合要求的文章29篇。其中RCT文章6篇,經驗交流4篇。屬于運動學或生物力學基礎研究的文章19篇。結果:偏癱步態(tài)是腦卒中引起的常見后遺癥之一,也是全身功能異常的一種表現,具有顯著地運動變化特征?？蓮钠渑c正常步態(tài)的對比、基本的時-空參數分析、步態(tài)的對稱性、重心的變化、軀體和骨盆的運動、下肢關節(jié)運動、健側下肢與正常下肢的運動比較等幾個方面對其進行運動學分析,從而加深對偏癱步態(tài)的認識。本文主要闡述了偏癱步態(tài)的

3、運動學分析,臨床康復治療中,常通過骨盆控制訓練與下肢協調性訓練等以達到改善偏癱步態(tài),提高生活質量的目的,因而分析并明確骨盆與下肢關節(jié)運動中何者為影響步行能力的關鍵因素,將有助于明確訓練中的側重點。結論:分析偏癱步態(tài)的運動規(guī)律,從生物力學的角度優(yōu)化康復治療方案,可對功能恢復產生重要的作用。關鍵詞:偏癱步態(tài);運動解析;探討引言 偏癱步態(tài)是腦卒中引起的常見后遺癥之一,也是全身功能異常的一種表現。是由于機體運動系統(tǒng)失去了高位中樞神經的調控作用,原始的、被抑制的皮層下中樞運動反射得以釋放,導致肢體肌群間協調功能紊亂,肌張力異常而出現運動功能障礙。較之正常步態(tài),偏癱步態(tài)穩(wěn)定性差,耗能增加,行走不對稱,行走

4、路徑傾斜。偏癱患者康復訓練的重要目的之一就是恢復步行能力,從而為重返社會打下良好的基礎。因此,分析偏癱步態(tài)的運動規(guī)律,明確影響偏癱患者步行能力提高的關鍵因素,無疑具有重要的意義,作者應用計算機檢索中國期刊全文數據庫1995-01/2006-12和PubMed Central 1990-01/2006-12的相關文章,經歸納總結,分析如下。1 正常步態(tài) 正常步態(tài)具有身體平穩(wěn)、步長適當和耗能最少的特點1。正常成年人行走時,一般是抬頭、挺胸、雙臂自然下垂于身體的兩側,雙下肢均勻的、有節(jié)奏的周期性交替擺動2,重心對稱的左右移動,關節(jié)屈伸及步態(tài)的時空參數具有良好的對稱性。正常步態(tài)可視為主要由骨盆前后傾斜

5、、左右傾斜、側向移動、骨盆旋轉、髖屈伸、膝屈伸、踝屈伸等幾部分組成,此外還包括外髖關節(jié)在額狀面的內收外展和水平面的內外旋轉運動、膝關節(jié)在額狀面的內收運動和水平面的外旋運動,以及踝關節(jié)的內外翻運動。各部分之間協調運動,任何一個環(huán)節(jié)的異常都可能導致步態(tài)的變化3。性別、年齡、身高、體質量等情況相近的人,其運動學參數也很相近4,因而研究偏癱步態(tài)可采用與正常步態(tài)相比較的方法。2 中風偏癱步態(tài)常見運動功能障礙 典型的偏癱步態(tài)常表現擺動期足下垂、內翻、髖關節(jié)外展外旋之劃圈步態(tài)。擺動相早期可出現屈髖不足,患足下垂使患肢不能有效的擺離地面,產生廓清障礙,常伴足內翻。為了代償足下垂,可表現髖關節(jié)外展外旋、患側骨盆

6、上提后撤、軀干向對側傾斜,患側肩關節(jié)下降,或表現同側屈髖屈膝增加。支撐期由于足內翻使足觸地部位為足前外側緣,導致踝關節(jié)不穩(wěn),踝關節(jié)無法從跖屈位變?yōu)楸城?影響全身平衡。前腳掌著地還對脛骨產生向后的推力,可對身體前移形成障礙。足下垂使患足在支撐期無法從跖屈位變?yōu)楸城?出現支撐不穩(wěn),患者常通過膝過屈或過伸,骨盆過度后傾,軀干向健側傾斜來代償。支撐期晚期可表現膝僵直,髖關節(jié)屈曲程度及時相均延遲5。3 形成偏癱步態(tài)運動障礙的原因 分析偏癱步態(tài)中所存在的功能障礙,常由以下原因造成:共同運動:是由意志引起的只能按一定方式進行的運動,為部分性隨意運動。伸髖同時屈膝的能力是行走時擺動期開始的基礎,而偏癱患者

7、在擺動期時,患者帶動偏癱腿向前,因共同運動模式而形成屈髖、屈膝、足內翻的動作,不能產生在擺動期末的伸膝。痙攣:腦卒中患者肌張力增高是低位神經中樞的代償性改變,具有一定的積極意義,而過高的肌張力產生痙攣則造成運動障礙。偏癱患者下肢伸肌痙攣占優(yōu),導致膝關節(jié)不能自如屈曲。國內甕長水等6的研究則認為,腦卒中偏癱患者下肢痙攣對步行能力的影響力較小,治療中重點應關注肌力等因素。肌力減弱:有學者認為,下肢肌力是步行能力最重要的決定因素7,8。股四頭肌、腘繩肌肌力對增強膝關節(jié)的穩(wěn)定性、改善平衡能力非常重要。如股四頭肌肌力減弱,與股二頭肌之間的運動協調性差,站立相可導致膝過伸。脛前肌肌力減弱則引起足下垂。軀干肌

8、肌力對步行能力也產生影響9。緊張性反射:可導致患者姿勢變換障礙,驅動制動能力下降,干擾正常步行10。下肢感覺障礙7:中風偏癱患者往往在運動障礙的同時伴有下肢感覺障礙,足部大部分的皮膚感覺和本體感覺減退,從而對步行能力產生影響。4 中風偏癱步態(tài)運動學分析4.1 時-空參數分析步行中一側足跟著地至該側足跟再次著地稱為一個步態(tài)周期,其中又分為支撐期和擺動期,支撐期包括雙足支撐期和單足支撐期。偏癱患者患側單支撐期縮短,雙支撐期延長,步行周期延長?；紓葐沃纹诳s短,說明患肢承重能力差,對側肢體擺動加快。雙支撐期延長,是患者加強步行穩(wěn)定性的一種代償。榮湘江等11的研究顯示,偏癱患者雙側單支撐期和擺動期均較

9、健康步態(tài)明顯縮短,因而患肢不能充分負重,健肢不能有效擺動。步速、步寬、步長、步頻等是步態(tài)基本的時-空參數。多位學者的研究表明,步速可視為步行能力的綜合指標12-15。其與平衡功能、活動能力、下肢的運動功能等均呈高度相關13。中風偏癱步態(tài)步寬加大,步長、步幅縮短,步頻、步速降低。步長平均為40 cm,小于正常人的5070 cm4。健側步長小于患側步長,是其病理步態(tài)的一個特征。步長不等長的原因為患肢的負重能力及控制能力差,為減少患肢負重,健肢快速完成擺動所致16。關于步態(tài)時-空參數之間的相關性,畢素清等17的研究表明,影響偏癱患者自由或最大步行速度的最重要因素是步長。4.2 步態(tài)的不對稱性 步態(tài)的

10、對稱性異常也是偏癱步態(tài)的特征之一,有學者認為,跛行主要是步態(tài)的對稱性出現偏差18。步態(tài)的對稱性可由多種指標反映,但何者為最優(yōu)尚無定論。李華等13以左右步長差反映步態(tài)的對稱性,結果顯示對稱性與下肢的運動功能、平衡功能顯著相關。許光旭等4在對偏癱步態(tài)進行的研究中,選擇Fz隨時間的積分-垂直沖量作為基礎參數。進一步通過患側占健側積分值的百分比R(IRz),來反映步態(tài)的不對稱性。同時認為地面支反力在X,Y,Z方向分力的大小不能反映健患側之間的差異。高霞等19的研究4.3 步行時人體重心的變化 重心是重力的作用點,重心的移動是影響能量消耗的最重要因素。人體重心的擺動幅度和頻率反映人體運動的平衡能力。行走

11、過程中身體各部位的協調運動也是為了減少重心的移動。正常步行時重心變化在矢狀面內表現為周期性上下移動,運動軌跡為正弦波。垂直方向上的高度變化幅值約為5 cm。額狀面內表現為左右往復運動,軌跡同樣形成正弦波21。腦卒中偏癱患者身體擺動加大,使重心偏離支撐面。雙下肢重心對稱性受到破壞22。4.4 軀體和骨盆的運動 軀體和骨盆運動學特征是描述腦卒中偏癱模式及衡量其步行時身體穩(wěn)定性的主要指標之一。偏癱患者軀干協調能力降低,穩(wěn)定性下降。軀體運動表現為大范圍的側方運動,小范圍的垂直運動和軀體運動的不對稱性23。其步行能力與軀體的側方運動呈負相關,而與軀體的垂直運動呈正相關14。肢體的隨意運動以近側穩(wěn)定性為基

12、礎,骨盆的穩(wěn)定性也是下肢隨意運動的基礎24。從骨盆的運動來看,骨盆的精細動作消失,代之以粗大而僵硬的動作25。踝關節(jié)跖屈和髖關節(jié)屈曲不足導致骨盆的過度傾斜代償,患肢支撐期健側骨盆向上傾斜,使健肢前擺;擺動期健側骨盆向下傾斜,以利患肢離開地面。徐光青等14的研究表明,步行能力(步速)與骨盆的旋轉運動顯著相關;而與骨盆的左右、前后傾斜的相關無顯著性意義。侯來永等26的研究認為,有針對性的骨盆訓練可加強其周圍肌肉中樞神經支配的隨意程度和骨盆周圍肌肉的肌力,強化整個骨盆各運動方式下的穩(wěn)定性和控制能力。由此也可見骨盆控制能力不足在中風偏癱患者步行能力下降中所起的作用。4.5 下肢關節(jié)運動 腦卒中患者下肢

13、伸髖、屈膝異常及其患側與健側的運動比率不對稱是影響步態(tài)恢復的重要原因。其伸髖、屈膝與踝背伸均受到限制,角度變化明顯小于正常人。在關節(jié)角度變化的意義方面,Hughes等27認為,膝關節(jié)角度的變化可用于判斷偏癱的水平。國內許光旭等4利用髖、膝、踝在步行中關節(jié)變化范圍來判斷康復的療效,經治療后患側膝、踝活動范圍增加明顯,而髖關節(jié)則由于治療后伸髖增加、屈髖減少,其活動變化范圍并不顯著。徐光青等28的研究認為腦卒中患者的步行能力與患側髖、膝關節(jié)活動度之間的相關具有統(tǒng)計學意義,尤其與患側髖關節(jié)的伸展和膝關節(jié)最大屈曲角度之間顯著相關,且患側與健側的運動比率及膝關節(jié)活動度患健側運動比率的相關性也有統(tǒng)計學意義。

14、4.6 健側下肢與正常下肢的運動比較 偏癱患者大部分功能障礙集中在患肢而更多的依賴“健肢”來完成行走,保持平衡。目前的研究多將目光集中在偏癱患肢,王衛(wèi)強等29則對偏癱健側下肢與正常下肢進行了運動學比較,發(fā)現患者健側下肢與正常人雙下肢在時間參數、空間參數等方面均有顯著性差異,分析造成這種差異的原因是存在健肢對患肢的功能代償作用,而長時間的代償,健肢承受大部分體質量,也使健肢造成損傷。因而提示治療時應全面兼顧。從步行周期來看,正常行走雙下肢的擺動相、支撐相基本相等,而偏癱患者由于患肢支撐期較短,健肢的足上提動作不充分,膝關節(jié)未能達到最大屈曲而被迫著地,所以形成了“健肢”的擺動相較短11。5 展望

15、臨床步態(tài)分析對認識偏癱步態(tài)的特點具有重要的作用。目前中國所開展的步態(tài)分析研究,由于研究手段的限制,多集中在運動學分析,以基本的時-空參數評價及時-空參數間的相關性研究較多。運動解析研究多集中在偏癱患肢,而中風偏癱患者常同時存在“健側”的功能代償,或由于代償而造成“健側”的功能受損,所以以健側與患側運動比較揭示患側運動學特點,尚值得商榷。在對骨盆與下肢的運動學特點分析方面,對不同平面上的關節(jié)角度變化幅度研究較多,而更具意義的是關節(jié)-角度曲線與關節(jié)-關節(jié)曲線、重心的變化曲線等。偏癱步態(tài)定性和定量分析的關鍵是不限制軀體的自由運動,但又能準確反映運動的病理特征和功能狀態(tài),這就需借助于先進的三維運動解析

16、系統(tǒng)。三維運動解析系統(tǒng)提供了精確的定量化研究方法,實現了運動學分析與動力學分析的統(tǒng)一,特別是將其與動態(tài)肌電圖結合運用,實時反映步態(tài)周期中不同時相的肌肉功能變化,確定產生病理步態(tài)的關鍵因素,從而針對影響步行能力恢復的主要因素進行功能訓練,無疑將具有重要的意義,這方面的研究也將是今后的一個方向。6 結論 本文主要闡述了偏癱步態(tài)的運動學分析,而動力學研究對偏癱步態(tài)的認識無疑也具有重要的作用。臨床康復治療中,常通過骨盆控制訓練與下肢協調性訓練等以達到改善偏癱步態(tài),提高生活質量的目的,因而分析并明確骨盆與下肢關節(jié)運動中何者為影響步行能力的關鍵因素,將有助于明確訓練中的側重點。隨著步態(tài)分析的深入開展,將有

17、助于提高對偏癱步態(tài)運動特點的認識,從而也有助于臨床療效的提高。7 參考文獻1周凌宏,丁海曙,王廣志,等.正常成人步態(tài)與偏癱步態(tài)的比較與分析J.生物醫(yī)學工程學雜志,1995,12(4):315-3202宋蘭欣.步態(tài)分析在神經系統(tǒng)疾病患者康復中的應用J.中國臨床康復,2005,9(29):158-1593Cantor CR.Gait disorder.Clin Podiatr Med Surg 1999;16(1):141-1514許光旭,周士枋,盧青,等.步態(tài)分析在偏癱康復評定與治療中的作用J.中國運動醫(yī)學雜志,1997,16(1):29-355勵建安.腦卒中的步態(tài)異常和治療對策J.中華全科醫(yī)師

18、雜志,2005,4(12):715-7176甕長水,畢勝,徐軍,等.腦卒中偏癱患者下肢痙攣與步行速度的關系J.中國康復理論與實踐,2004,10(4):212-2147Hsu AL,Tang PF,Jan MH.Analysis of impairments influencing gait velocity and asymmetry of hemiplegic patients after mild to moderate stroke.Arch Phys Med Rehabil 2003;84(8):1185-11938甕長水,畢勝,田哲,等.腦卒中患者偏癱側下肢肌力與運動功能、平衡、步

19、行速度及ADL的關系J.中國康復理論與實踐,2004,10(11):694-6969 武行華,倪朝民.腦卒中偏癱步態(tài)的運動控制特點與預防J.中國臨床康復,2005,9(29):14010Elble RJ,Cousins R,Leffler K,et al.Gait initiation by patients with lower-half parkinsonism.Brain 1996;119(Pt 5):1705-171611 榮湘江,姚鴻恩,王衛(wèi)強,等.偏癱步態(tài)中時相與周期的定量研究J.天津體育學院院報,2004,19(2):56-5812Collen FM,Wade DT,Bradsh

20、aw CM.Mobility after stroke:reliability ofb measures of impaiment and disability.Int Disabil Stud 1990;12(1):6-913李華,姚紅華,劉利輝,等.肌力訓練對偏癱步態(tài)的影響及下肢功能評定與步態(tài)分析間的相關性J.中華物理醫(yī)學與康復雜志,2003,25(1):34-3614徐光青,黃東鋒,毛玉瑢,等.腦卒中患者步行時軀體運動的三維運動學研究J.中國康復醫(yī)學雜志,2004,19(10):728-73015甕長水,畢勝,劉忠文,等.步行速度在腦卒中患者運動功能恢復評定中的價值J.中國康復理論與實踐,2003,9(11):680-68116辛衍兵,李作發(fā).偏癱步行訓練與步態(tài)分析J.中國康復,1995,10(3):12617畢素清,甕長水,畢勝,等.偏癱患者步態(tài)空間-時間參數對自由和最大自由步行速度的影響J.中國康復理論與實踐,2004,10(12):736-73718 Leet AI,Skaggs DL.Evaluation of the acutely limping child.Am Fam Physician 2000;61(4):1011-101819高霞,李京平,陳剛,等.偏癱患者行走能量消耗與速度的相關性J.中國臨床康復,200