减重步行训练在儿童脑瘫康复中的应用①

漆带丽，张惠佳

脑瘫是自受孕开始至婴儿期内非进行性脑损伤和发育缺陷所导致的综合征，主要表现为运动障碍及姿势异常。常并发智力障碍、癫痫、感知觉障碍、交流障碍、行为异常及其他异常，其发病率国内约为0.18%～0.4%[1]。由于步行与移动动作是所有日常生活活动中最基本的动作，因此对于脑瘫患儿来说建立步行能力是康复的重要目标之一，尤其是在步行发育的关键年龄。脑瘫患儿由于中枢性运动障碍导致下肢的异常运动模式，瘫痪肢体的下肢肌力不足，影响下肢站立、行走能力的建立或正常步态的形成。

建立脑瘫患儿步行功能和改善其步态一直是儿童康复中一个较为复杂、棘手的难题，目前主要采用综合的康复治疗手段，包括肌肉、关节功能训练，平衡训练以及针对性的步行能力建立和步态纠正训练等，虽然这些方法取得了不同程度的效果，但由于治疗师和患者是一对一的训练，需付出极大努力、且训练周期较长；有时由于脑瘫患儿肌力不足或异常姿势障碍，导致在步行机制建立的最好时期不能有效地进行步行训练。而减重步行训练器就是一种专门为恢复步行能力设计的训练装置。现就减重步行训练在儿童脑瘫康复中的临床应用做一综述。

1 历史

1966年，Shik明确提出脊髓步行中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)控制动物节律运动的理论[2]。1973年Grillner证明出生后1周的小猫在下胸段水平破坏脊髓，2 d后将其后肢放于活动平板上可以行走[3]。其后大量实验已证实，在许多无脊椎动物的胸腹神经节和脊椎动物的脊髓中都存在CPG[4-5]，并提出将这一原理应用于人类。20世纪80年代末，Visintin等在不完全性脊髓损伤所致截瘫患者身上采用减重平板步行训练(body weight support treadmill training,BWSTT)取得了较好的疗效。90年代后，此装置被陆续应用于截瘫、偏瘫、脑瘫等步行训练中，并取得一定的成功。如Hesse等采用BWSTT，经过25 d的治疗，让病程已129 d、正规传统康复治疗3周后仍不能步行的9例偏瘫患者恢复行走能力，步行能力评分提高了2.2分[6]；Schindl等用同样方法对6例不能行走的脑瘫患儿进行训练，其中1例达到独立行走，2例在助行器下行走[7]；此外在脊髓损伤、下肢关节病患者和帕金森病患者的步行训练中，都获得一定的成功[8-9]。我国于20世纪90年代末引入此项运动训练方法，在成人偏瘫步行训练中取得成功；此后李润洁、刘红英、张琦、苏珍辉等对脑瘫患儿进行减重步行训练，在提高脑瘫患儿肌力、改善步行能力等方面均取得明显效果[10-13]。最近Kullander等对CPG结构的研究取得突破性进展[14]。他们对基因敲除小鼠进行研究后发现，神经元酪氨酸蛋白激酶受体(EphA4)在步行CPG中起重要调控作用，扮演控制步行的角色。并确认脊髓腹内側区的EphA4/VGluT2(囊泡膜谷氨酸转运体2)双标神经元，是对步行起兴奋作用的CPG网络中的激活成分。张缨[15]等研究发现，在脊髓损伤大鼠中，通过BWSTT训练的大鼠，除了在肢体运动功能较未经BWSTT训练的大鼠明显改善之外，BWSTT组EphA4/VGluT2阳性神经元的表达亦明显增加，显示BWSTT可以激活脊髓步行CPG神经元，进行自我调整、功能重组，使CPG网络中的的兴奋成分增加，恢复部分运动功能。

2 减重步行系统的组成

该系统由两部分组成：悬吊减重装置(partial body weight support,PBWS)和活动平板(treadmill)。悬吊减重装置多为一个过头的钢架悬吊装置(固定支撑架、减重控制台、电动升降杆)，通过特制的减重背心(身体固定带)作用于患者，提供减重和保护，减重可达到负担患者部分甚至全部体重(下肢减重0～100%)，帮助下肢不能负担全部体重的患者处于直立状态，并且易于在治疗师的辅助下进行步行周期全套动作的练习，这样就使在传统运动疗法中被认为尚不适宜开始步行训练的患者可以早期开展步行训练，对患者的下肢活动能力、平衡能力、步行能力的改善及痉挛状态的减轻有较好的作用。活动平板多为康复专用电动跑步机，速度调节范围较大，尤其是低速，可低至0.01 m/s，一般速度为0.01～0.05 m/s，以适应下肢瘫痪患者的步行要求，平板运行时间、速度及坡度可根据患者的要求进行调节，从而设定出不同的运动强度，以满足患者的需求。

训练时，患者通过减重背心悬吊于固定的钢架上，在活动平板上行走，治疗师帮助患者旋转躯干和骨盆完成中心转移；帮助患肢迈步；防止支撑中期膝反张；使步幅对称，从而使患儿感受正常的步行模式、建立步行机制和正确的步态。

3 减重步行训练的工作原理

BWSTT改善步行机制的理论是基于脊髓步行CPG理论、运动控制动力学理论和强制性主动使用理论[16]。一般认为，当移动平板运动时，患者下意识地迈步，实际上是一种强迫性主动运动，可有效地激活运动皮层和脊髓节律性运动中枢。BWSTT利用悬吊装置不同程度地减轻身体质量对下肢的负荷，配合电动活动平板带动患者产生重复和有节律的步行活动，使支撑能力不足的患者可以早期进行步行训练[5]。

脊髓或脑干有CPG，它接受特定的本体感觉阶段的传入，经过整合产生节律性电活动(即步行中屈肌和伸肌交替转换的神经冲动)而产生循环式步态运动[17]。

BWSTT中来自髋、膝和踝的本体感觉传入到脊髓运动区，对腰骶运动神经元产生影响，包括长期潜在的影响。这一影响达到一定程度时可被小脑和更高级运动中枢的传出整合系统所接受，这些传入有可能扩大皮层和皮层下运动代表区的活动，对皮层代表区可塑性产生影响，反过来又影响脊髓的CPG。

运动控制动力学这一理论强调对运动的控制是通过与行为有关的目标来组织的，这意味着对某些功能性任务只能通过特定运动形式训练才能完成。因此对运动中枢受损的患者所进行的康复治疗应着重于有意义的各项任务，如步行能力只能通过步行训练才能建立行走能力，步行训练可以使大脑运动中枢重新学习对下肢运动的控制[16]。近年来的研究证明，特定任务练习有助于脑卒中和脊髓受损患者的运动再学习取得最佳效果[18]。因此在减重步行训练中应不断地纠正运动的错误，输入正确的步行运动感觉，从而恢复正常的运动控制。

强制性使用训练是1989年Wolf首次应用此方法训练脑卒中患者，使患者上肢功能获得明显的改善。其理论基础源自于美国学者提出的“习得性废用”理论。该理论认为，脑组织损伤后，出现患肢不能活动进而用健肢代偿，从而使患肢废用。BWSTT正是强迫瘫痪下肢进行正常的步行运动，从而避免“习得性废用”的发生。

4 儿童减重步行器的康复训练方法

减重步行训练器主要用于步行训练，但它还可以用于患者的平衡协调训练，如减重坐位平衡训练，减重站立训练，减重坐、站平衡仪训练等；体位转换训练，如卧-坐位转换、坐-站立位转换。

减重平板步行训练一般在患者完成减重站立及站立平衡训练后可以开始进行。不少研究认为减重在10%～45%之间，通常认为减去身体重量不应超过30%[21]，否则患肢抗重力肌得不到有效刺激和锻炼，因此，在适宜的减重情况下进行下肢负重下平板步行较为合适，但也可以根据患者具体情况选择减重量，以患者可以迈步为宜。

平板坡度为0，平板速度以患者能承受的速度开始逐渐由慢到快，一般在0.01～2.25 m/s的速度范围内，以0.03 m/s的增量能适应较低行走速度的脑瘫患儿[12]，每次训练的时间逐渐延长，一般在15～30 min之间，每周5次，每个训练单元中每5～6 min休息1次，将患儿从悬吊装置上放下来，坐在椅子上。训练时间一般为8～12周[18]。

在训练开始时需要治疗师指导矫正异常步态，包括指导和帮助患者控制骨盆、控制膝关节，防止膝过伸或膝支撑不足，控制踝关节在步行支撑期足着地时的踝背伸和足离地时的踝跖屈。此外还可以在减重装置的帮助下进行踏车训练，以提高下肢综合协调控制能力。

5 脑瘫儿童减重步行训练的评估方法

不同的研究者采用不同研究指标，目前尚无统一的标准。

5.1 步行能力 目前多数学者采用步行功能分级(functional ambulation category,FAC)[19]量表来评价患儿的步行能力[6-7,10,12,20]，该量表评定患儿的步行功能分为0～5级，具有察觉行走水平变化的能力。有些采用改良患者评定参考系统(adapted patient evaluation conference system,APECS)评估步行能力[21]，以10～15 m距离进行评价。张琦等[12]采用步行速度和步行距离评价脑瘫患儿的步行能力，通过定时10 min的步行距离计算患儿的步行速度；通过6 min内患儿行走的距离，测试患儿的步行距离；并通过生理性消耗指数来评估脑瘫患儿的步行效率[22]。几乎所有的研究均得出BWSTT可以提高步行能力的结论，训练前后有显著性差异[7,10,12,23]。对于一项需要多组肌肉协同收缩运动来说，应在正确的感觉下以正确的模式进行大量重复的训练，BWSTT可使患儿在治疗师的精心管理下通过稳定躯干、有效地重心转移、患肢承重、抗重力肌收缩完成正确而完全的步态，提高步行能力。

5.2 粗大运动功能评估 粗大运动功能测试量表(Gross Motor Function Measure,GMFM)是1989年由Russell等编制出版，主要用于测量脑瘫患儿的粗大运动功能状况随时间或由于干预而出现的运动功能改变。粗大运动功能测试量表是一种标准化的观察量表，具有较高的组内和组间信度，对观察脑瘫患儿BWSTT训练后的粗大运动功能变化较为敏感[24]。该量表[25]中D区(站立项)、E区(走、跑、攀登项)主要是走、跑、跳运动功能，主要是观察减重步行训练后的站立和行走功能情况，研究提示BWSTT可使脑瘫患儿粗大运动功能提高[7,10,12]。

5.3 表面肌电图 表面肌电图(surface electromyography,sEMG)又称为动态肌电图，是通过专门设备从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号。能够在一定程度上反映运动单位募集和同步化等中枢控制因素以及肌肉兴奋传导等因素的共同作用。信号的振幅和频率等特征取决于关节肌肉活动水平，肌肉功能状态等生理性因素以及探测电极的位置、大小和方向等测量因素的共同作用[26-27]。因此sEMG能够在一定程度上反应神经肌肉功能状态[28]。研究者在患侧胫骨前肌、腓肠肌内側头、股二头肌、股外侧肌、臀中肌、竖脊肌和健侧胫骨前肌、腓肠肌内侧头表面安放电极记录电活动，发现在活动平板上患侧腓肠肌内侧头的早期活动和胫骨前肌的协同收缩显著减少；竖脊肌的电活动中第1峰显著减少，第2峰保持不变，更加呈生理性；股外侧肌平均肌电活动减少，但无显著性差异。以前的研究提示，患侧腓肠肌内侧头的早期活动是偏瘫足跖屈和内翻的主要原因，同时胫骨前肌的协同收缩也造成步态紊乱，BWSTT使这两者活动减少，从而使偏瘫步态得以纠正。竖脊肌的2个电活动峰值分别与双下肢支撑期起始与终末的向前方(第1峰)和侧方(第2峰)位移有关。BESTT使第1峰活动减少，反映中心悬吊系统妨碍了矢状位的移位，这是有益的，因为偏瘫患者不能有效地阻止身体前进，破坏了步态中的动势能转换；第2峰未变，说明悬吊系统未妨碍身体侧方移动，而有利于中心转移。股外侧肌平均肌电活动减少，说明减重减少了抗重力肌的刺激和锻炼，因此应尽快减少减重量[29]。表面肌电图对拮抗肌的研究表明，BWSTT有利于增强主动肌收缩力量，减轻拮抗肌的痉挛，改善主动肌和拮抗肌之间的平衡。提示BWSTT能改善踝关节肌力平衡，增进活动功能，纠正足下垂[30]。

5.4 其他 如步态循环参数、平衡功能的评定、耐力的检查等。

6 小结

1999年Hesse等对14例偏瘫患者进行PBWS平板步行训练前后的步态分析、动态肌电图检查及综合步行能力评定，提示PBWS训练的作用主要包括：①PBWS通过电脑控制减重吊带将人体悬吊，减轻步行时髋部和双下肢的负重，可能使患者步行中身体重心的分布趋于对称，提高患者步行稳定性；②减少步行中下肢相关肌群的收缩负荷，使下肢肌力不到3级的患者能提早进行步态训练，有利于患者早期下床活动；③下肢关节负荷的减轻可以改善和加大下肢关节的活动范围；Heese报道偏瘫和髋关节置换术后患者在减重平板训练后患侧髋关节的伸展活动范围增大，步幅相应加大，从而提高步行速度；④减重状态下可以调节下肢的肌肉张力，避免和缓解由于早期负重行走带来的不必要的下肢伸肌协同运动和由这种异常模式导致的足下垂、内翻等病理性步态，及早输入符合正常人生理的步行模式，促进正常步态恢复，提高步行能力。Heese观察了偏瘫患者在减重平板训练中下肢肌电图的变化，发现患侧腓肠肌、胫前肌、骶棘肌的肌电变化接近于正常步行周期中的肌电变化，支持以上观点；⑤患者在减重装置的保护下安全性提高，消除患者步行中的紧张和恐惧心理，更好地配合治疗师的治疗，治疗师也可以把精力主要放在对下肢异常步态矫治上。

活动平板步行与地面步行在运动学参数上有所不同，如活动平板上步行时步频更快、步长更短、摆动期更短、双下肢支撑期更长，但对比研究发现，二者下肢肌肉肌电图表现无明显差异。

总之，BWSTT对行走能力低下的脑瘫患儿将是一种新的改善运动功能的治疗选择。

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