中风偏瘫步态的生物力学及其运动学特征分析

中风偏瘫步态的生物力学及其运动学特征分析（信息时间：2009-1-9阅读次数：）中风偏瘫步态的生物力学及其运动学特征分析虹口区医学会齐瑞严隽陶上海中医药大学附属岳阳医院摘要目的:偏瘫步态是脑卒中引起的常见后遗症之一,分析偏瘫步态的运动学规律,可以加深对偏瘫步态病理特点的认识,从生物力学的角度有效指导患者的运动训练。方法:应用计算机检索中国期刊全文数据库1995-01/2006-12的相关文章,检索词“偏瘫步态,运动解析”,限定文章语言种类为中文。获得文章51篇。同时计算机检索PubMedCentral1990-01/2006-12的相关文章,检索词“hemiplegicgait,gaitanalysis”,限定文章语言种类为English,获得文章32篇。对资料进行初审,纳入标准:关于中风偏瘫步态运动学基础研究方面的文章。排除标准:重复性研究。对所得文献进行提炼,获得符合要求的文章29篇。其中RCT文章6篇,经验交流4篇。属于运动学或生物力学基础研究的文章19篇。结果:偏瘫步态是脑卒中引起的常见后遗症之一,也是全身功能异常的一种表现,具有显著地运动变化特征。可从其与正常步态的对比、基本的时-空参数分析、步态的对称性、重心的变化、躯体和骨盆的运动、下肢关节运动、健侧下肢与正常下肢的运动比较等几个方面对其进行运动学分析,从而加深对偏瘫步态的认识。本文主要阐述了偏瘫步态的运动学分析,临床康复治疗中,常通过骨盆控制训练与下肢协调性训练等以达到改善偏瘫步态,提高生活质量的目的,因而分析并明确骨盆与下肢关节运动中何者为影响步行能力的关键因素,将有助于明确训练中的侧重点。结论:分析偏瘫步态的运动规律,从生物力学的角度优化康复治疗方案,可对功能恢复产生重要的作用。关键词:偏瘫步态;运动解析;探讨引言偏瘫步态是脑卒中引起的常见后遗症之一,也是全身功能异常的一种表现。是由于机体运动系统失去了高位中枢神经的调控作用,原始的、被抑制的皮层下中枢运动反射得以释放,导致肢体肌群间协调功能紊乱,肌张力异常而出现运动功能障碍。较之正常步态,偏瘫步态稳定性差,耗能增加,行走不对称,行走路径倾斜。偏瘫患者康复训练的重要目的之一就是恢复步行能力,从而为重返社会打下良好的基础。因此,分析偏瘫步态的运动规律,明确影响偏瘫患者步行能力提高的关键因素,无疑具有重要的意义,作者应用计算机检索中国期刊全文数据库1995-01/2006-12和PubMedCentral1990-01/2006-12的相关文章,经归纳总结,分析如下。1正常步态正常步态具有身体平稳、步长适当和耗能最少的特点[1]。正常成年人行走时,一般是抬头、挺胸、双臂自然下垂于身体的两侧,双下肢均匀的、有节奏的周期性交替摆动[2],重心对称的左右移动,关节屈伸及步态的时空参数具有良好的对称性。正常步态可视为主要由骨盆前后倾斜、左右倾斜、侧向移动、骨盆旋转、髋屈伸、膝屈伸、踝屈伸等几部分组成,此外还包括外髋关节在额状面的内收外展和水平面的内外旋转运动、膝关节在额状面的内收运动和水平面的外旋运动,以及踝关节的内外翻运动。各部分之间协调运动,任何一个环节的异常都可能导致步态的变化[3]。性别、年龄、身高、体质量等情况相近的人,其运动学参数也很相近[4],因而研究偏瘫步态可采用与正常步态相比较的方法。2中风偏瘫步态常见运动功能障碍典型的偏瘫步态常表现摆动期足下垂、内翻、髋关节外展外旋之划圈步态。摆动相早期可出现屈髋不足,患足下垂使患肢不能有效的摆离地面,产生廓清障碍,常伴足内翻。为了代偿足下垂,可表现髋关节外展外旋、患侧骨盆上提后撤、躯干向对侧倾斜,患侧肩关节下降,或表现同侧屈髋屈膝增加。支撑期由于足内翻使足触地部位为足前外侧缘,导致踝关节不稳,踝关节无法从跖屈位变为背屈位,影响全身平衡。前脚掌着地还对胫骨产生向后的推力,可对身体前移形成障碍。足下垂使患足在支撑期无法从跖屈位变为背屈位,出现支撑不稳,患者常通过膝过屈或过伸,骨盆过度后倾,躯干向健侧倾斜来代偿。支撑期晚期可表现膝僵直,髋关节屈曲程度及时相均延迟[5]。3形成偏瘫步态运动障碍的原因分析偏瘫步态中所存在的功能障碍,常由以下原因造成:①共同运动:是由意志引起的只能按一定方式进行的运动,为部分性随意运动。伸髋同时屈膝的能力是行走时摆动期开始的基础,而偏瘫患者在摆动期时,患者带动偏瘫腿向前,因共同运动模式而形成屈髋、屈膝、足内翻的动作,不能产生在摆动期末的伸膝。②痉挛:脑卒中患者肌张力增高是低位神经中枢的代偿性改变,具有一定的积极意义,而过高的肌张力产生痉挛则造成运动障碍。偏瘫患者下肢伸肌痉挛占优,导致膝关节不能自如屈曲。国内瓮长水等[6]的研究则认为,脑卒中偏瘫患者下肢痉挛对步行能力的影响力较小,治疗中重点应关注肌力等因素。③肌力减弱:有学者认为,下肢肌力是步行能力最重要的决定因素[7,8]。股四头肌、腘绳肌肌力对增强膝关节的稳定性、改善平衡能力非常重要。如股四头肌肌力减弱,与股二头肌之间的运动协调性差,站立相可导致膝过伸。胫前肌肌力减弱则引起足下垂。躯干肌肌力对步行能力也产生影响[9]。④紧张性反射:可导致患者姿势变换障碍,驱动制动能力下降,干扰正常步行[10]。⑤下肢感觉障碍[7]:中风偏瘫患者往往在运动障碍的同时伴有下肢感觉障碍,足部大部分的皮肤感觉和本体感觉减退,从而对步行能力产生影响。4中风偏瘫步态运动学分析4.1时-空参数分析步行中一侧足跟着地至该侧足跟再次着地称为一个步态周期,其中又分为支撑期和摆动期,支撑期包括双足支撑期和单足支撑期。偏瘫患者患侧单支撑期缩短,双支撑期延长,步行周期延长。患侧单支撑期缩短,说明患肢承重能力差,对侧肢体摆动加快。双支撑期延长,是患者加强步行稳定性的一种代偿。荣湘江等[11]的研究显示,偏瘫患者双侧单支撑期和摆动期均较健康步态明显缩短,因而患肢不能充分负重,健肢不能有效摆动。步速、步宽、步长、步频等是步态基本的时-空参数。多位学者的研究表明,步速可视为步行能力的综合指标[12-15]。其与平衡功能、活动能力、下肢的运动功能等均呈高度相关[13]。中风偏瘫步态步宽加大,步长、步幅缩短,步频、步速降低。步长平均为40cm,小于正常人的50～70cm[4]。健侧步长小于患侧步长,是其病理步态的一个特征。步长不等长的原因为患肢的负重能力及控制能力差,为减少患肢负重,健肢快速完成摆动所致[16]。关于步态时-空参数之间的相关性,毕素清等[17]的研究表明,影响偏瘫患者自由或最大步行速度的最重要因素是步长。4.2步态的不对称性步态的对称性异常也是偏瘫步态的特征之一,有学者认为,跛行主要是步态的对称性出现偏差[18]。步态的对称性可由多种指标反映,但何者为最优尚无定论。李华等[13]以左右步长差反映步态的对称性,结果显示对称性与下肢的运动功能、平衡功能显著相关。许光旭等[4]在对偏瘫步态进行的研究中,选择Fz随时间的积分-垂直冲量作为基础参数。进一步通过患侧占健侧积分值的百分比R(IRz),来反映步态的不对称性。同时认为地面支反力在X,Y,Z方向分力的大小不能反映健患侧之间的差异。高霞等[19]的研究4.3步行时人体重心的变化重心是重力的作用点,重心的移动是影响能量消耗的最重要因素。人体重心的摆动幅度和频率反映人体运动的平衡能力。行走过程中身体各部位的协调运动也是为了减少重心的移动。正常步行时重心变化在矢状面内表现为周期性上下移动,运动轨迹为正弦波。垂直方向上的高度变化幅值约为5cm。额状面内表现为左右往复运动,轨迹同样形成正弦波[21]。脑卒中偏瘫患者身体摆动加大,使重心偏离支撑面。双下肢重心对称性受到破坏[22]。4.4躯体和骨盆的运动躯体和骨盆运动学特征是描述脑卒中偏瘫模式及衡量其步行时身体稳定性的主要指标之一。偏瘫患者躯干协调能力降低,稳定性下降。躯体运动表现为大范围的侧方运动,小范围的垂直运动和躯体运动的不对称性[23]。其步行能力与躯体的侧方运动呈负相关,而与躯体的垂直运动呈正相关[14]。肢体的随意运动以近侧稳定性为基础,骨盆的稳定性也是下肢随意运动的基础[24]。从骨盆的运动来看,骨盆的精细动作消失,代之以粗大而僵硬的动作[25]。踝关节跖屈和髋关节屈曲不足导致骨盆的过度倾斜代偿,患肢支撑期健侧骨盆向上倾斜,使健肢前摆;摆动期健侧骨盆向下倾斜,以利患肢离开地面。徐光青等[14]的研究表明,步行能力(步速)与骨盆的旋转运动显著相关;而与骨盆的左右、前后倾斜的相关无显著性意义。侯来永等[26]的研究认为,有针对性的骨盆训练可加强其周围肌肉中枢神经支配的随意程度和骨盆周围肌肉的肌力,强化整个骨盆各运动方式下的稳定性和控制能力。由此也可见骨盆控制能力不足在中风偏瘫患者步行能力下降中所起的作用。4.5下肢关节运动脑卒中患者下肢伸髋、屈膝异常及其患侧与健侧的运动比率不对称是影响步态恢复的重要原因。其伸髋、屈膝与踝背伸均受到限制,角度变化明显小于正常人。在关节角度变化的意义方面,Hughes等[27]认为,膝关节角度的变化可用于判断偏瘫的水平。国内许光旭等[4]利用髋、膝、踝在步行中关节变化范围来判断康复的疗效,经治疗后患侧膝、踝活动范围增加明显,而髋关节则由于治疗后伸髋增加、屈髋减少,其活动变化范围并不显著。徐光青等[28]的研究认为脑卒中患者的步行能力与患侧髋、膝关节活动度之间的相关具有统计学意义,尤其与患侧髋关节的伸展和膝关节最大屈曲角度之间显著相关,且患侧与健侧的运动比率及膝关节活动度患健侧运动比率的相关性也有统计学意义。4.6健侧下肢与正常下肢的运动比较偏瘫患者大部分功能障碍集中在患肢而更多的依赖“健肢”来完成行走,保持平衡。目前的研究多将目光集中在偏瘫患肢,王卫强等[29]则对偏瘫健侧下肢与正常下肢进行了运动学比较,发现患者健侧下肢与正常人双下肢在时间参数、空间参数等方面均有显著性差异,分析造成这种差异的原因是存在健肢对患肢的功能代偿作用,而长时间的代偿,健肢承受大部分体质量,也使健肢造成损伤。因而提示治疗时应全面兼顾。从步行周期来看,正常行走双下肢的摆动相、支撑相基本相等,而偏瘫患者由于患肢支撑期较短,健肢的足上提动作不充分,膝关节未能达到最大屈曲而被迫着地,所以形成了“健肢”的摆动相较短[11]。5展望临床步态分析对认识偏瘫步态的特点具有重要的作用。目前中国所开展的步态分析研究,由于研究手段的限制,多集中在运动学分析,以基本的时-空参数评价及时-空参数间的相关性研究较多。运动解析研究多集中在偏瘫患肢,而中风偏瘫患者常同时存在“健侧”的功能代偿,或由于代偿而造成“健侧”的功能受损,所以以健侧与患侧运动比较揭示患侧运动学特点,尚值得商榷。在对骨盆与下肢的运动学特点分析方面,对不同平面上的关节角度变化幅度研究较多,而更具意义的是关节-角度曲线与关节-关节曲线、重心的变化曲线等。偏瘫步态定性和定量分析的关键是不限制躯体的自由运动,但又能准确反映运动的病理特征和功能状态,这就需借助于先进的三维运动解析系统。三维运动解析系统提供了精确的定量化研究方法,实现了运动学分析与动力学分析的统一,特别是将其与动态肌电图结合运用,实时反映步态周期中不同时相的肌肉功能变化,确定产生病理步态的关键因素,从而针对影响步行能力恢复的主要因素进行功能训练,无疑将具有重要的意义,这方面的研究也将是今后的一个方向。6结论本文主要阐述了偏瘫步态的运动学分析,而动力学研究对偏瘫步态的认识无疑也具有重要的作用。临床康复治疗中,常通过骨盆控制训练与下肢协调性训练等以达到改善偏瘫步态,提高生活质量的目的,因而分析并明确骨盆与下肢关节运动中何者为影响步行能力的关键因素,将有助于明确训练中的侧重点。随着步态分析的深入开展,将有助于提高对偏瘫步态运动特点的认识,从而也有助于临床疗效的提高。7参考文献[1]．周凌宏,丁海曙,王广志,等.正常成人步态与偏瘫步态的比较与分析[J].生物医学工程学杂志,1995,12(4):315-320[2]．宋兰欣.步态分析在神经系统疾病患者康复中的应用[J].中国临床康复,2005,9(29):158-159[3]．C