老年脑卒中步态训练的研究进展

顾旭东 吴华 姚云海 傅建明 陈迎春 王伟国

老年脑卒中步态训练的研究进展

顾旭东 吴华 姚云海 傅建明 陈迎春 王伟国

顾旭东 教授

脑卒中是我国老年人的常见病,死亡率和致残率较高。据报道约有65%脑卒中患者有不同程度、不同类型运动感觉功能障碍[1-2]。如何提高患者瘫痪下肢的步行能力一直是康复治疗中较为复杂的难题[3]。据统计,约有1/3～1/2脑卒中患者出院后3月内仍不能独立行走[4],给社会和家庭带来沉重的负担。脑卒中患者的康复目标就是提高患者的日常生活活动(activity of daily living,ADL)能力,提高生存质量。单一动作训练及神经肌肉促进技术，如Bobath、Brunnstrom、PNF等对改善肌力、肌张力和运动功能等确有效果[5]。而传统运动或步行训练强调诱发下肢各关节产生分离运动,主张对步行各成分(如负重、迈步、平衡等)单独进行训练,而这些成分性因素与患者在真实步行有所不同,故临床治疗有时出现患者分离运动较充分,但实用性不佳的情况[6]。本文就国内外步态训练在老年脑卒中方面的应用进展作一综述。

1 脑卒中偏瘫患者异常运动模式及原因

偏瘫是运动系统失去高位中枢神经系统的调控,导致肢体肌群间协调紊乱,肌张力异常而产生的运动障碍。偏瘫患者下肢异常运动模式主要有联合反应、共同运动、紧张性反射、异常肌张力等。联合反应是在低级中枢控制下患侧肢体异常的反射活动,在下肢屈伸时表现为对侧相反性联合反应。共同运动是粗大原始的反射活动,由于肌张力异常,在进行某项活动时,虽有一定随意性,却没有选择性,而是以一种固定的含多余动作的模式运动,在下肢有屈肌及伸肌模式[7]。这些异常运动模式的存在,导致肌痉挛,平衡失调,阻碍运动的恢复。对偏瘫患者而言,运动障碍存在的同时,常伴有下肢感觉障碍。视空间觉、轻触觉及本体感觉受损患者,步行速度慢于健康成人,下肢感觉功能的改善有助于提高偏瘫患者的步行速度[8]。肌力也是影响步行的主要决定因素,Nadeau等[9]认为,患侧膝关节伸肌力量是快速步行最重要的决定因素之一。偏瘫患者小腿三头肌力量减弱,膝关节不稳,关节活动度差,同时下肢肌肉痉挛、失衡导致患者推离地面和推动能力下降,最终导致行走异常。躯干肌肌力对步行功能也有影响,躯干肌接受双侧大脑半球控制,单侧脑卒中也会导致躯干肌肌力减弱。

2 脑卒中偏瘫步态特点

2.1 足内翻 常合并足下垂和足趾卷屈。步行时足触地部位主要是足前外侧缘,特别是第五跖骨基底部,患者常有承重部位疼痛,导致踝关节不稳,进而影响全身平衡。支撑相早期和中期由于踝背屈障碍,造成支撑相末期膝关节过伸。髋关节可发生代偿性屈曲,患肢摆动相地面廓清能力降低。

2.2 足下垂 常与足内翻同时存在,可导致廓清障碍。代偿机制包括:摆动相增加同侧屈髋、屈膝,下肢划圈行进,躯干向对侧倾斜。

2.3 足趾卷曲 表现在支撑相,穿鞋步行时足趾关节和关节背面常有疼痛,表现为疼痛步态。

2.4 拇趾背伸 支撑相和摆动相拇趾均背屈。支撑相拇趾和足底关节处疼痛,表现为疼痛步态。

2.5 膝僵直 支撑相晚期和摆动初期的关节屈曲角度<40°(正常为60°),同时髋关节屈曲程度及时相均延迟。摆动相膝关节屈曲是由髋关节屈曲带动,髋关节屈曲障碍会减少膝关节屈曲度,造成膝僵直。

2.6 膝过伸 常见于支撑相中末期,是痉挛性足下垂的代偿性改变。

2.7 髋内收过度 表现为剪刀步态。脑卒中患者较少见。摆动相髋关节内收,与对侧下肢交叉,步宽或足支撑面缩小,致使平衡困难,同时影响摆动相，地面廓清和肢体前向运动。此外还干扰生活活动,如穿衣、卫生、如厕和日常生活。

3 步态恢复机制

3.1 神经再生现象 中枢神经系统再生潜力是存在的,动物实验表明移植或使用神经营养因子具有促进神经再生的功能[10]。

3.2 神经结构的重组 从神经组织的生理学角度来理解,在中枢神经系统,当某一部位损伤后,该部位所支配的功能可由另一部分完好的但与损伤区功能无关的区域来替代,即与病灶相联系的区域或者健侧半球与病灶对称的区域的神经组织发挥其功能[11]。

3.3 运动通路的变化 研究证实，神经发育学和神经生理学技术对脑卒中后的运动功能恢复具有双相调控效应,既有能激活运动单位募集的生理效应,也有对收缩肌过强收缩而产生疲劳的抑制效应。还有些研究结果表明,在脑卒中后运动功能恢复过程中,通过多种刺激可激活本体感觉神经的牵张反射，从而引起偏瘫侧相应的拮抗肌收缩,使锥体束受损后所致骨骼肌的痉挛状态缓解,肌张力降低[12]。这些研究表明脑的可塑性是以维持神经元的存活和促进神经轴突的生长为基础,即脑运动功能恢复机制可能是脑内固有的神经传导通路受刺激,以及通过脑血管自动调节相互作用的结果。它是多种刺激能量信息经不同的感觉神经传入,在中枢中整合,从而产生更具有靶器官效能的运动单位募集,促进脑的可塑性[13]。

3.4 中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)理论 脊髓步行CPG的位置接近于脊髓表面[14],主要由兴奋、侧抑制、末端交叉抑制3种基本中间神经元构成,排列成链式和阵列式2种网络模型[15-16]。神经元活动需要氧合作用,受表面低氧灌流的影响。CPG是耦合振荡系统,能在缺乏高层控制信号和外部反馈信息的情况下,产生稳定的振荡行为,通过神经元之间的相互抑制产生稳定的相位互锁,并通过自激振荡激发肢体的节律运动,而且一旦与输入信号耦合后,可根据输入信号的波幅、频率以及多个信号之间的相位关系决定输出的运动模式[15-16]。步行可引发CPG产生节律性交替模式运动,即典型的假想运动[17]。运动行为的产生需要运动神经元和CPG网络神经元的相互协调,化学突触与神经缝隙连接与之密切相关[18]。CPG网络具有多功能性,网络的边界是灵活的,可以实现网络重组[19]。突触可塑性(短时抑制和易化效应)不仅在运动程序的起始、保持和调节中起着重要作用,并且对运动环路稳定和重组的意义也很大。在节律运动时,短时突触抑制作用能控制CPG网络的频率,将保持内在神经元活性切换为维持突触的动态平衡[20]。而在这一过程中,受各自基因调控的离子电流所起的作用各不相同,持续的钠电流是神经元节律激发的基础,能控制峰值波宽和激发持续时间;电压敏感的离子电流对CPG内可塑神经元的激发特性和突触整合起驱动作用;钙电流自上而下通过脊髓可在运动神经元内产生动作电位[21]。

4 步态训练研究相关进展

训练任务依赖性、可塑性是中枢神经系统的独特表现。这种可塑性依赖于特殊的训练方式启动,并需要持续不断的刺激维持。节律性交互刺激、减重步行训练(body weight support training,BWST)、机器人辅助训练(robot-assisted gait training, RAGT)、功能性电刺激(functional electrical stimulation, FES)等均显示出启动任务依赖性、可塑性的作用。

4.1 BWST BWST是最有效的脑卒中步态训练技术。Hesse等[22]发现9例脑卒中后129 d仍然不能步行的患者,行常规脑卒中康复治疗3周以上步态无显著改善。但经过25周BWST,步态功能(满分5级)增加2.2级,Riveimead总体运动功能评估增加3.9分,腿和躯干功能增加3.2分,步态参数也显著改善,而瘫痪下肢的肌肉张力和肌力无显著改变,提示这些患者的步态改善有肌肉张力和肌力之外的因素参与[23-24]。此外,对14例无步行能力的慢性期脑卒中患者的研究发现,BWST可以使患者步行对称性改善,髋关节摆动相的伸展能力提高，抗重力肌肉的兴奋性增高,股二头肌活动增加,同时非受累侧胫前肌活动降低,需帮助进行步态训练的治疗师由2人减少为1人[25]。BWST对于行走的意义重大，研究显示,1组脑卒中患者进行减重50%的步行训练6周,步行速度达0.38 m/s;另1组同样训练但是不减重训练步行速度达0.27 m/s。停止治疗3月以后,2组地面行走速度分别为0.52 m/s和0.30 m/s，这说明行走速度能进一步得到提升[24]。Hesse等[22]认为，应用减重15%的滑动平板可以使步行更加协调、有力,而使痉挛减轻。关于减重比例,Hesse认为减重不应>30%,否则抗重力肌得不到有效刺激及锻炼。但有学者认为逐渐提高训练速度效果更好,训练速度可能影响慢性脑卒中患者步行功能的恢复。对于不同时期脑卒中患者,应选择多大的减重比例及速度训练,仍需进一步探讨。

4.2 FES FES装置从动力上讲属于有动力器械。它采用外加电流刺激肌肉收缩,增加肌力,帮助稳定关节,故称为生理性矫形器。它还能模仿人体正常行走模式的肌肉协同运动,带动下肢各关节的屈伸,实现两腿交替式行走。利用一定强度的低频脉冲电流,根据预先设计的程序来刺激一组或多组肌肉诱发其收缩,以模拟正常运动模式,从而改善肌肉功能,加速运动功能恢复。国内有研究将FES用于改善偏瘫侧下肢摆动相，改善由于足下垂所引起的足廓清不足,发现FES能模拟正常运动模式，并且不影响足离地时踝趾屈动作,提高步行效率,有助于患者恢复治疗信心,增强康复训练积极性,促其早日获得独立步行能力。在Brunnstrom运动功能评价方面,FES组经治疗后其疗效改善幅度较踝足矫形器组更显著,表明FES治疗能更显著改善脑卒中患者下肢运动功能,促进分离运动产生[26]。Sabut等[27]通过对脑卒中后3月的患者开展为期12周的FES治疗后证实,与常规康复治疗组相比,FES组患者在步行速度、生理消耗指标、胫前肌最大收缩能力、腓肠肌痉挛程度等方面均优于常规康复治疗组。在影像学方面,Francis等[28]证实由单通道FES介导的足踝背伸运动在大脑感觉运动区上的投影区域明显大于由常规治疗引起被动运动的投影区域。FES建立在运动控制的理论基础上,这种治疗方法取得了显著的临床疗效,纠正了患肢在摆动期的足下垂问题[29],但同时也存在缺点,如摆动期膝关节屈曲不足、踝足趾离地时踝跖屈力量减弱等[30]。

4.3 RAGT 机器人可辅助下肢运动功能障碍患者在活动平板上进行步行训练。国际上类似的产品有Altaco、Reo、Lokahelp等下肢康复机器人，该类机器人可通过机械手、外骨骼或者椭圆机结构踏板方式与患者大腿、小腿相连,使之协调摆动从而完成整个或部分的步态轨迹训练[31-32]。Fisher等[33]将病程在12月内的20例脑卒中患者分为2组,对照组采用牵张及肌力训练联合地面步行训练,治疗组则采用牵张及肌力训练联合RAGT,时间均为30 min,治疗后对患者8 m步行所需时间、3 min步行距离及Tinetti平衡量表评分进行比较,发现2组患者治疗前后各项指标均有不同程度提高,但组间差异无统计学意义。德国一项研究选取155例不能行走的急性脑卒中患者,将其分为A、B 2组,患者的循环状态均保持稳定,A组采用每天20 min的RAGT和25 min的PT训练,B组只采用45 min的PT训练,共4周,治疗后A组共53%的患者重获了独立步行能力,B组仅为22%;A组Bathel指数评分>75分的患者共44例,B组仅21例。Coenen等[34]为了评定RAGT与地面步行的肌肉活动情况,采用肌电图对10名脑卒中患者及10名健康人下肢的7块主要肌肉(腓肠肌、胫前肌、半腱肌、股直肌、长收肌、臀大肌、臀中肌)进行分析,入选患者的步行功能分级均为5级,即可独立步行和上下楼梯,脑卒中患者先进行RAGT,休息10 min后再进行地面步行训练,健康人作为对照组,按照平台设定的2.2 km/h速度行走,收集7块主要肌肉的活动信息,采用肌电图测定后发现地面步行组患者的支撑期比值为0.9,与RAGT组患者相比,地面步行组患者患肢中股直肌、半腱肌、臀中肌和胫前肌均有较高频率的肌肉活动,且RAGT组除长收肌以外所有肌肉的振幅均小于地面步行组,原因可能是机器设备的支持 作用相对较强。

因此,对脑卒中步态康复的深入探索,将有助于优化现有治疗方案或研究新的治疗策略,进一步促进患者康复。有效的治疗策略应该是将增强中枢神经可塑性和训练任务依赖性策略相结合,将不同再生策略有机结合，进一步促进轴突再生的基础研究，探索提供合适的感觉输入促进脊髓神经元回路重组的康复措施，将再生治疗和康复训练相结合等,是本领域的重要研究方向。

[1] 谭永霞,戚晓昆.脑卒中偏瘫患者肢体运动功能康复对肢体感觉恢复的影响[J].中华神经杂志,2009,42(8):538-539.

[2] 姚波,黄晓明,蒋小毛,等.脑卒中后感觉障碍的康复[J].中华物理医学与康复杂志,2007,29(5):314-316.

[3] Baer G,Smith M.The recovery of walking ability and subclassification of stroke[J].Physiother Res Int,2011,6(3):l35-144.

[4] Hesse S,Bertelt C,Jahnke MT,et al.Treadmill training with partial body weight support compared with physiotherapy in nonambulatory hemiparetic patients[J].Stroke,2012,36(5):976-981.

[5] Wickelgren I.Teaching the spinal cord to walk[J].Science,1998,279(6):319-321.

[6] 钟杰,鲁凤琴,王高岸.减重步行训练对脑卒中患者下肢运动功能的影响[J].中华物理医学与康复杂志,2008,30(7):489-490.

[7] 武行华,倪朝民. 脑卒中偏瘫步态的运动控制特点与预防[J]. 中国临床康复,2005,29(9):140-143.

[8] Hsu AL, Tang PF, Jan MH. Analysis of impairments influencing gait velocity and asymmetry of hemiplegic patients after mild to moderate stroke[J]. Arch Phys Med Rehabil, 2013, 84(8):1185-1193.

[9] Nadeau S, Arsenault AB,Grave ID, et al. Analysis of the clinical factors determining natural and maximal gait speeds in adults with a stroked[J]. J Phys Med Rehabil, 2009, 78(2):123-130.

[10]曾匙枚,邬明,唐忠志,等.大鼠自体神经移植与外周神经挤压再生模型脊髓背角c-fo表达的比较研究[J].临床军医杂志,2009,5(7):745-747.

[11]周士枋.脑卒中后大脑可塑性研究及康复进展[J].中华物理医学与康复杂志,2002,24(7):437-439.

[12]Prabhakaran S,Zarahn E,Riley C,et al.Inter-individual variability in the capacity for motor recovery after ischemic stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2008,22(1):64-71.

[13]Sheffler L,Chae J.Neuromuscular electrical stimulation in a neurorehabilitation[J].Muscle Nerve,2012,35(5):562-590.

[14]Wilson RJA, Chersa T, Whelan PJ. Tissue PO2and the effects of hypoxia on the generation of locomotor-like activity in the in vitro spinal cord of the neonatal mouse[J]. Neuroscience, 2013, 117(1):183-196.

[15]Szucs A,Varona P,Volkovskii AR, et al.Interacting biological and electronic neurons generate realistic oscillatory rhythms[J]. Neuroreport,2010,28,11(3):563-569.

[16]Hooper SL. Movement control: dedicated or distributed?[J]. Curr Biol, 2012, 15(21). 878-880.

[17]Marchetti C, Beato M, Nistri A. Evidence for increased extracellular K+as an important mechanism for dorsal root induced alternating rhythmic activity in the neonatal rat spinal cord in vitro[J].Neurosci Lett, 2014, 304(1/2): 77-80.

[18]Kiehn O, Tresch MC. Gap junctions and motor behavior[J]. Trends Neurosci, 2009, 25(2):108-115.

[19]Hooper SL. Behavioral plasticity:modulation occurs across time [J]. Curr Biol, 2004, 14(5):190-191.

[20]Nadim F,Manor Y. The role of short-term synaptic dynamics in motor control[J]. Curr Opin Neurobiol,2010,20(6):683-690.

[21]Harris-Warrick RM. Voltage-sensitive ion channels in rhythmic motor systems[J]. Curr Opin Neurobiol,2012,22(6):646-651.

[22]Hesse S,Bertelt C,Jahnke MT,et al.Treadmill training with partial body weight support compared with physiotherapy in nonambulatory hemiparetic patients[J].Stroke,1995,26(6):976-981.

[23]Wickelgren I.Teaching the spinal cord to walk[J].Science,1998,279(1):319-321.

[24]Schwartz I,Sajin A,Fisher I,et al.The effectiveness of locomotor therapy using robotic-assisted gait training in subacute stroke patients:a randomized controlled trial[J].PMR,2014,13(5):516-523.

[25]Hesse S,Bertelt C,Schaffrin A,et al. Restoration of gait in nonambulatory hemiparetic patients by treadmill training with partial body-weight support[J]. Arch Phys Med Rehabil,1994,75(10):1087-1093.

[26]伦亿禧,王强,张永祥.功能性电刺激与踝足矫形器改善脑卒中偏瘫患者步行功能的疗效对比[J].中华物理医学与康复杂志,2014,36(5):357-360.

[27]Sabut SK,Sikdar C,Mondal R,et al. Restoration of gait and motor recovery by functional electrical stimulation therapy in persons with stroke[J]. Disabil Rehabil,2010,32(19):1594-1603.

[28]Francis S,Lin X,Aboushoushah S,et al. fMRI analysis of active,passive and electrically stimulated ankle dorsiflexion[J]. Neuroimage,2009,44(2):469-479.

[29]Burridge JH,Haugland M,Larsen B,et al. Phase Ⅱ trial to evaluate the ActiGait implanted drop-foot stimulator in established hemiplegia[J]. J Rehabil Med,2013,41(3):212-218.

[30]Kesar TM,Perumal R,Jancosko A,et al. Novel patterns of functional electrical stimulation have an immediate effect on dorsifexor muscle function in gait for people post-stroke[J]. Phys Ther,2013,90(1):55-66.

[31]Hesse S. Locomotor therapy in neurorehabilitation[J]. NeuroRehabilitation,2001,16(1):133-139.

[32]吴涛,顾捷,李建华,等. 下肢外骨骼机器人辅助步行训练系统的研发及临床康复应用进展[J].中华物理医学与康复杂志,2014,36(12):960-962.

[33]Fisher S,Lucas L,Thrasher TA. Robot-assisted gait training for patients with hemiparesis due to stroke[J].Top Stroke Reeabil,2011,18(3):269-276.

[34]Coenen P,van Werven G,van Nunen MP,et al. Robot-assisted walking vs overground walking in stroke patients:an evaluation of muscle activity[J]. J Rehabil Med,2012,44(4):331-337.

浙江省卫生厅医药卫生平台骨干人才计划(2013RCA043，2014RCA030)；浙江省科技厅公益技术项目(2014C33278)

314000浙江省嘉兴市，嘉兴市第二医院康复医学中心

吴华，Email:woohua@live.com

R 541.6

A

10.3969/j.issn.1003-9198.2015.06.002

2015-04-18)