水中平板步行训练在脊髓损伤患者康复中的应用

吴琼,丛芳,周红俊,金龙

随着交通事业和工矿业的发展,脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)的发病率呈逐年上升趋势。现代医学的发展提高了脊髓损伤的生存率,但脊髓损伤导致的运动功能障碍,尤其是步行能力的降低或丧失一直是个难以解决的问题。长期卧床或依赖轮椅会引起一系列并发症,其危害可能超过脊髓损伤本身导致的不利影响。尽管脊髓损伤患者的寿命在近些年有所延长,但仍低于正常水平[1]。

水中平板步行训练(underwatertreadmilltraining,UWT T)是利用温度刺激、浮力、压力、阻力等水的特性及活动平板的特性促进下肢功能恢复的训练方法,兼有浸浴、水中步行及减重平板步行训练(body-weight support treadmill training,BWST T)等特点。文献报道对下背痛[2]、脑卒中[3]、脑损伤[4]、脊髓损伤[5]、肥胖[6]、风湿[7]、慢性阻塞性肺疾病[8]等均有较好疗效。本文对UWTT的原理及其在改善脊髓损伤患者功能潜力方面的作用进行综述。

1 水中运动的作用原理

人体在水中会受到浮力的影响,水的浮力对抗重力;当水深至C7水平、剑突、髂前上棘水平时,人体下肢承受的重力分别是体重的15%、29%、43%。体重的减轻降低了下肢部分肌群的收缩负荷、能量消耗及地面对关节的冲击力[9],使不能进行地面活动的人可以进行水中运动,从而获得有益的生理反应。水中运动的阻力主要由肢体运动速度、运动方向及水流速度所产生,改变上述条件可调节水中运动的强度。当身体直立浸入水中时,静水压作用于下肢静脉系统,可增加中心血容量、中心静脉压、每搏输出量等,这些改变刺激心肺压力感受器,可产生肾的排钠、利尿作用。水深达到胸部时,可使胸廓内血量增加、膈肌移位、肺活量减少,从而产生呼吸调整作用(如呼吸加深等)[10]。温水浴可减轻疼痛,缓解痉挛,改善关节活动度,增加本体感觉反馈。35℃的水温可增加胶原溶解度及软组织伸展性。但过高的水温可使心率加快、心输出量增加,例如人体浸在33℃水中时,心输出量增加33%,在39℃水中则增加121%[11]。对明显的心、肾、肺脏疾病患者进行水中治疗时要谨慎选择温度。在26℃～29℃的水中进行训练时心脏负担较轻。

2 UWTT在脊髓损伤康复中的作用

2.1 对运动功能的影响

2.1.1 减轻肌肉收缩负荷,减缓地面冲击力 UWTT水深设定在人体剑突水平时,下肢承受的体重相当于陆地体重的29%。Masumoto等对健康志愿者进行UWTT训练,发现在相同的心肺反应及主观疲劳度分级情况下,下肢肌肉活动引起的表面肌电变化约是陆地训练的70%,倒退行走时亦然,提示水中步行需要的肌肉活动低于陆地[12-15]。可能因为水中运动时,上肢的活动对心肺反应及主观疲劳度分级的影响比下肢更大,而以上研究中受试者双臂自由交互摆动以保持平衡,因此下肢需要的活动量降低;另外,浮力、阻力导致水中步行速度低、步幅短,垂直于地面的反作用力减少,这些步态特征的改变都可能导致水中步行时下肢肌电活动的减少;或者因为在水中运动时地面的反作用力降低、体重负荷减轻以及神经肌肉系统受静水压力影响导致最大H反射峰值降低,由压力感受器介导的反射导致肌电活动减少。

肌肉骨骼系统的退行性改变是脊髓损伤后的必然结局,脊髓损伤患者髋膝部出现退变的百分率较高,下肢负重可加重脊髓损伤患者的退行性骨关节病[16]。陆地站立相早期膝关节的主要作用是吸收地面冲击力。在水中,垂直于地面的反作用力因受浮力影响而降低,伸膝肌活动明显降低。踝关节主要功能是维持身体直立状态和支持体重,水面至剑突水平时,踝跖屈对地面的反作用力只有陆地运动的20%,相当于体重减轻约80%。水中运动时地面反作用力的降低可能会减少或延缓脊髓损伤患者下肢退行性骨关节病的发生和发展。

2.1.2 缓解痉挛,改善关节活动度 Kesiktas等进行水中浸浴对20例脊髓损伤患者痉挛影响的随机对照研究,发现与对照组相比,水疗组的功能独立性评分明显提高,痉挛程度明显减轻,患者的巴氯酚口服用量明显减少[17]。丁葆丽等的研究显示,多种水疗方法均可改善脊髓损伤患者的痉挛与功能状态[18]。

张志杰等将25例不完全性胸段脊髓损伤后痉挛的患者分为治疗组(15例)和对照组(10例),对照组应用常规康复疗法,治疗组在常规康复疗法基础上进行温泉水疗,于治疗前、后进行改良的Ashworth痉挛评分法(M AS)评定,结果治疗组MAS评分优于对照组(P＜0.05)[19]。

脊髓损伤患者受累关节主动与被动活动范围减小主要源于肌力不足或肌张力过高。UWTT训练时,水的温度可影响肌纤维的活动,使肌梭对牵拉的敏感性下降,经温度感受器触发的反射降低,可暂时缓解痉挛;在由浮力产生的减重状态下运动可减轻脊髓损伤患者早期负重行走时足下垂、内翻等病理性步态;水中训练后下肢肌力加强,也可改善下肢关节活动度。

2.1.3 改善步态 Charalambous对两组脑卒中患者分别进行UWT T训练及一般水中步行模式的训练,发现UWTT训练时,脑卒中患者健侧的伸髋、伸膝及踝背屈的角度峰值明显增大,患侧髋外展、外旋程度减轻[3]。利用踝砝码可减少水中步态训练时肌力较差的下肢出现不必要的飘动,脑卒中患者进行UWT T运动时患肢踝部佩戴0.7～1.1 kg的砝码,可使患侧步幅、站立/摆动相时间比明显增加,促进患髋上提,同时患侧髋外展、外旋明显减轻,踝背屈加大,提示使用踝砝码可加强脑卒中患者步态的对称性及稳定性[20]。Threlkeld等发现,健全人行BWSTT,在1.25 m/s速度下会有50%的动作变形,在此方面UWTT训练可能有更大的优势[21]。不完全性脊髓损伤患者双下肢肌力减退往往造成步态不稳、能量消耗增加及摔伤发生率升高等。水中步行时髋部和双下肢负荷的减轻,可使脊髓损伤患者步行中身体重心的分布趋于对称,从而提高步行稳定性。

2.1.4 提高步行能力 脊髓损伤患者的步行能力恢复可能与脊髓步行中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)有关。步行CPG主要位于腰骶段脊髓的运动池中,与脊髓反射关系密切。在失去上位中枢的抑制后,规律的康复训练可激活CPG的中间神经元,促使其建立相关的反射通路,通过低位脊髓中枢的可塑性产生相应的节律运动。UWTT训练与 BWSTT类似,可减轻下肢的负荷,提高脊髓损伤患者的步行能力,并可增强与髋关节有关的感觉输入,可能促进CPG的发生[22-23];同时由于浮力的支持,患者不易跌倒,即使患者的躯干控制能力很差也可获得直立姿势,躯干、四肢可自由活动,从而在保持直立姿势的同时训练平衡、协调能力。

丛芳等对11例外伤性不完全性脊髓损伤患者进行了以UWT T为主的康复训练,结果经 UWTT训练后患者的ASIA感觉评分提高(P＜0.05),ASIA运动评分、行走距离及最大步速明显提高(P＜0.01),提示在常规康复治疗基础上进行UWT T训练可改善不完全性脊髓损伤患者的运动、感觉功能及步行能力[5]。

2.1.5 降低局部脂肪含量,延缓肌肉萎缩,增强残存肌力 脊髓损伤后神经肌电活动减少,损伤水平以下的骨骼肌显著萎缩,脂肪组织含量相对增多,肌肉组织含量及其所占比例较正常人群明显减少,总脂肪组织与局部脂肪组织的含量与比例均明显增加。脊髓损伤后1～2年骨骼肌萎缩的程度达到顶峰,随后肌肉与肌纤维的体积处于平台期[24]。

Greene比较57例超重受试者接受12周UWTT与陆地平板训练之后体质、体重及身体成分的变化,结果两种训练后最大氧耗量都有明显升高,体重、体重指数(BMI)、体脂百分比、脂肪量明显降低,局部去脂肪体重显著增加,但只有UWT T组的全身去脂肪体重增加[6]。

UWTT训练有增加肌电活动的作用,改变运动速度、方向、水流速度及下肢负荷均可改变肌电活动。相同速度下水中步行时,股直肌、股二头肌、腓肠肌的平均肌电活动均高于陆地上行步,但胫骨前肌变化不显著[12]。以自感舒适的速度进行水中步行训练时,内侧腓肠肌、股二头肌的肌电活动随速度增加而明显增加,但在陆地上步行时只有内侧腓肠肌电增加,股二头肌肌电增加不明显[25]。水中倒退行走时,股二头肌、股内侧肌、椎旁肌、胫骨前肌的肌电活动均明显增加[16]。增加负重可使比目鱼肌的肌电活动增强[25]。增加水流或步行速度可同时增强躯干及下肢肌肉的肌电活动[15]。

骨骼肌的肌电活动增加,肌肉负荷增大,可促使肌肉蛋白的合成增加、降解减少。骨骼肌收缩可释放如脑源性神经营养因子、胶质源神经营养因子等,这些神经营养因子可参与脊髓功能的重组;而脊髓的功能重组又可增加神经肌肉的电活动,使骨骼肌萎缩减轻[26]。UWTT训练既可增加肌电活动,又可增加肌肉负荷,设计不同的训练方案可能对脊髓损伤患者产生增加肌肉含量、减少脂肪、缓解肌肉萎缩等的作用。

2.1.6 改善机体耐力 脊髓损伤患者在进行站立与步行训练时,需要考虑的一个重要因素是骨骼肌的抗疲劳性。肌肉的抗疲劳性降低可使患者训练时间缩短,影响康复疗效,降低ADL的完成能力,也可导致生活质量的降低。

水中训练时,水中的静水压力迫使机体呼吸加深以保证足够的空气摄入,从而加大肺活量,改善心肺功能。有研究显示,水中训练可使脑损伤患者更好地完成ADL训练,如独立步行、穿衣、下床等,且抗疲劳能力提高[27]。Fujishima等观察温度对人体长时间、低强度水中步行训练的影响,发现在温水中产热与散热过程趋于平衡,因而建议进行长时间、低强度的游泳或其他水中训练时宜采用温水[28]。Gass等研究四肢瘫患者对60 min、39℃浸浴的反应,发现患者出现心律变慢、血浆中去甲肾上腺素含量降低、外周血容量扩大等变化,因而认为四肢瘫的脊髓损伤患者进行水疗时应注意温热引起的机体反应[29]。

2.2 减少心血管疾病的危险因素 心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是正常人及脊髓损伤群体的主要致死疾病,研究证实,脊髓损伤患者CVD发病率更高、发病时间更早;活动减少和受限可能是其关键机制之一。活动受限是CVD的主要独立危险因素,可导致血脂浓度升高。与正常人群相比,脊髓损伤患者低密度脂蛋白(LDL)、总胆固醇、甘油三酯增高,高密度脂蛋白(HDL)减少,动脉粥样硬化发生率增加。胰岛素抵抗所致糖耐量降低,葡萄糖内环境异常,增加2型糖尿病的风险。脊髓损伤后,血管随血压变化而舒缩的功能受损,股动脉僵硬及相关的内皮功能丧失在脊髓损伤群体中发生率较多[30],以上原因均可导致脊髓损伤群体CVD发生率的增加。

目前尚无研究证实UWT T训练可直接降低脊髓损伤患者CVD的发病率,但可明显降低CVD的相关风险因素。研究表明,UWT T训练可明显降低肥胖者体重、BMI、体脂百分比、脂肪量、LDL、总胆固醇含量[6],与 UWTT相似的 BWSTT可改善血糖耐量及胰岛素敏感性,这些对CVD的发生可能会有重要影响,由此推测UWT T通过多肌群、直立位的大强度训练,可能产生比传统训练更为积极的影响。

2.3 对脊髓损伤并发症的影响

2.3.1 体位性低血压 体位性低血压是脊髓损伤后常见并发症之一,主要与脊髓损伤后自主神经损害或功能紊乱等有关。在主观疲劳度分级评分相同情况下,水中训练与陆地训练相比可使健康老年妇女收缩压或舒张压上升[31]。叶超群等发现,水中步行虽然未使脊髓损伤患者的血压发生显著性改变,但其血压较对照组患者有增高的趋势,其原因可能与患者交感神经调节机能及血管舒缩功能的改善等有关[32]。人体浸入齐颈深的水中后,可使回心血量增加,右心房压强增加;水的温热还可调节交感神经系统功能,使去甲肾上腺素、肾素、甲状旁腺素分泌量增加,且此作用呈现出明显的温度依赖性[33];脊髓损伤患者进行UWTT训练可改善下肢肌力,增强肌肉的“唧筒”效应,促进血液回流,这也是体位性低血压得到改善的重要因素。

2.3.2 其他 水中运动可改善下背痛[2]、纤维肌痛综合征[11]、骨性关节炎[34]及脊髓灰质炎[35]的骨骼肌肉性疼痛,还可改善腰痛患者的焦虑状态[36]。UWT T训练的水深大多选取胸部剑突水平,脊髓损伤患者进行此项运动不需特殊的游泳技巧,不会呛水,不必担心摔倒或力弱;水中训练同时还具有娱乐功能。因此,UWTT也许是改善脊髓损伤患者慢性疼痛、调节情绪及心理状态的潜在方法。

3 小结

UWTT是一项较新的水疗技术,对脊髓损伤患者可能具有改善运动功能、防治并发症、改善心理状态、促进回归等作用。但现阶段有关此项技术对脊髓损伤患者影响的研究尚不充分,还需进一步探讨。

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