基于经筋理论的脑卒中后下肢功能障碍生物力学研究进展*

林家宇 孙书勤

下肢功能障碍是脑卒中最常见后遗症之一，研究显示，63%的脑卒中患者在早期无法独立行走[1]，且在接受临床和康复治疗后，仍有22%患者无法行走[2]。下肢功能障碍对日常生活活动有很大影响，如站立和行走，所以偏瘫一侧的下肢康复对卒中患者非常重要，了解下肢功能障碍的相关机制，对其进行生物力学研究有利于指导下肢康复治疗。经筋理论是传统中医理论的重要组成部分，它对人体的运动力线进行了深入的总结和描述，反映了相关运动肌群的空间位置和功能特点。将传统中医学的经筋理论与现代生物力学理论相结合对脑卒中后偏瘫的治疗进展目前研究较少，对其进行深入分析，对于明确康复治疗的重点、优化康复治疗方案具有重要的意义。

1 浅谈经筋

1.1 经筋的概念 经筋理论大约形成于战国及秦汉之际[3]，早在《阴阳十一脉灸经》和《足臂十一脉灸经》中就提出“经络”，但无经脉和络脉的提法，是经筋的雏形[4]。在《说文解字》中，记载着古代人民对经筋生理功能的早期认知，后随着古代医家不断积累前人经验及在临床中付诸实践，经筋理论体系也在逐步完善，最终在以《灵枢·经筋》为主的篇文中得以呈现。张介宾曾日：“愚按十二经脉之外而复有所谓经筋者，何也?盖经脉营行表里，故出入脏腑，以次相传。”它是一个由十二经脉和附着在十二经脉上的筋骨之气濡养的系统，并有“筋与脉并为系”之说。

1.2 经筋的作用 十二经筋具有连接全身，保持人体一定形态的功能，它与经脉相辅相成，将人体构成一个有机的整体。其次，经筋具有约束保护骨骼、维持关节活动，以及配合骨骼起到维持人体站立和运动的功能，即“宗筋主束骨而利机关也”。此外，十二经筋及其相应的筋肉组织充盈于肌表与脏腑之间，亦能固护肌表、抵御外邪，来保护内脏、经络及全身的组织和器官，起到卫外护内的作用。

1.3 十二经筋与十二生物力线 现代医学认为，人体的每项运动，都不是由单块肌肉来完成的，而是由一条主动肌肉同时传递和收缩，这些肌肉的起始点连接在一起，形成一条运动力线，这与《灵枢·经筋》中所描述的十二经筋从四肢末到头身的整体描述是一致的，也符合薛立功等[5]的研究所发现：十二经筋是古人运用当时解剖学知识，用当时的医学术语，以十二条运动力线为纲，对人体韧带学、肌学及其附属组织生理和病理规律的概括和总结。就人体的功能作用而言，经筋系统可以相当于现代医学之运动系统的力线，因此，基于经筋理论，对脑卒中偏瘫患者进行下肢生物力学研究有重要意义。

2 以经筋理论指导脑卒中后偏瘫康复治疗的理论依据

脑卒中后所致的运动障碍则与经筋所司的运动功能密切相关。经筋的临床证候多为经筋受外邪、外力受伤、机体应力病变、经筋体系自身疼痛反射、肌筋膜牵引等作用下，所产生经筋病变的临床表现。《灵枢·经筋》有言曰，“经筋之病，寒则反折筋急，热则筋弛纵不收，阴痿不用。阳急则反折，阴急则俯不伸。”古文所谓“经筋之病”，是指各经筋所经之处出现病变所表现的外周病候和脏腑危症。经筋之病症候表现主要有两类，一类为筋急，其临床表现为经筋组织出现强直、扭转、痉挛等；一类为筋纵，以经筋、肌肉组织松弛、肢体萎废等为临床表现，这与脑卒中偏瘫许多症状相吻合。《景岳全书》云“凡非风口眼歪斜，半身不遂，及四肢无力，掉摇拘挛之属，皆筋骨之病也”，也指出脑卒中后偏瘫也归属于“经筋病”范畴之内，是经筋损伤的表现。

3 以现代生物力学方法对经筋理论指导脑卒中后康复治疗进行评估

目前中西医结合康复训练在康复治疗中广泛应用，以经筋理论指导临床康复治疗也取得了良好的效果，但是经筋理论临床应用疗效评价机制欠缺，需要一种现代医学的评价方法对其进行评估及对其内在机制进行进一步研究。随着表面肌电、逆向动力学等现代科学技术研究的发展，步态的研究从借助肉眼观察的定性分析，到生物力学的定量分析，越来越重视下肢的精细化定量分析，这能为经筋理论指导临床康复治疗提供更加精确的量化数据依据，对揭示其内在机制，归纳此类生物力学规律有重要意义[6]。基于经筋理论，对脑卒中偏瘫患者进行下肢生物力学研究可以从运动学机制、动力学机制和肌电学机制来进行评估和阐述[7]。

3.1 运动学机制 近些年来，国内外研究表明，脑卒中患者偏瘫步态运动学机制包括时间及空间特征的异常。文献[8]显示，脑卒中偏瘫患者与健康人相比较，在前者中，双侧单足支撑期和摆动期都明显短于健康人，而双侧支撑期和步态周期都明显长于正常行走。步长、步速、步宽、步频等步态基本时间参数，在脑卒中偏瘫患者中也出现特征性改变[9]。一些先前研究结果也表明偏瘫患者的步宽加大，步长、步幅缩短，步频、步速降低[10-11]。Carmo 等[12]选择14 例脑卒中偏瘫患者作为试验组，7 例正常健康中老年人作为对照组，研究受试者步行时髋、膝、踝关节在三个运动平面（矢状面、冠状面和横截面）的最大、最小和平均运动范围及连续角度变量。结果提示受影响的下肢的空间参数存在明显的运动学差异，其主要改变是：踝关节、膝关节和髋关节的屈/伸运动量减少，髋关节和膝关节的屈曲角度降低，髋关节外展角度增大。毛玉瑢等[13]选择20 例脑卒中偏瘫患者，16 例正常健康中老年人，在摆动阶段和站立阶段，选取髋关节、膝关节和踝关节矢状面的屈伸峰值作为空间参数的指标，该研究结果显示，偏瘫患者髋关节伸展、膝关节屈曲及踝关节背伸和跖屈明显受限。此外，徐光青等[14]研究也有相同发现。以上研究表明脑卒中偏瘫患者步行时步态具有不稳定、步速较慢、左右下肢关节运动角度和步态参数的不对称及耗能的增加等特征[15]。

3.2 动力学机制

3.2.1 肌无力 研究表明，主动肌无力是导致脑卒中患者下肢功能障碍的重要因素[16-18]。Souissi 等[19]对9 例脑卒中偏瘫患者和9 例健康人进行运动学、动力学和肌电图测量，利用逆向动力学，通过肌电图驱动模型完成对下肢肌肉力量的评估。结果显示与健康对照组相比，患侧下肢在制动和推进阶段由足底屈肌和股四头肌产生的肌力较低，但在推进阶段由膝屈肌产生的肌力较高；而健侧下肢在推进阶段膝屈肌和股四头肌及摆动阶段足底屈肌产生的肌力更大。这与先前Higginson 等[20]研究结果相似，说明偏瘫患者步行过程中，患侧足底屈肌和股四头肌肌力减弱，健侧的肌肉显示出代偿性的力量增加以促进负重，并适当地向前调整重心，这是机体的一种补偿策略。Sekiguchi 等[21]与Cheng 等[22]研究也发现脑卒中患者偏瘫侧胫骨前肌肌电活动明显减少，然而，健侧的胫骨前肌和股四头肌的肌电振幅显著升高。该研究表明，脑卒中偏瘫患者在行走过程中，患侧肌肉力量减弱，特别是患侧胫骨前肌肌力较弱，健侧肌肉代偿性激活来协助完成步行，防止跌倒。

3.2.2 肌肉痉挛 痉挛是肌张力亢进的一种特殊形式，是一种运动障碍，通常是由于肢体被动屈伸运动时牵拉反射的兴奋性增加而引起的，即被动运动时阻力过大。Urban 等[23]对脑卒中后痉挛的发生率做了一项前瞻性研究，对301 例脑卒中患者，在急性期和6 个月后这两个时间段，对肌肉张力的程度和模式、Barthel 指数和欧洲五维健康量表（EQ-5D）评分进行评估。研究结果发现，在卒中后6 个月痉挛发生率为42.6%。研究表明，脑卒中对步态表现最重要的直接损伤除肌肉力量减弱外，还有在发病几周后，可能出现两种进一步的损害，即痉挛和肌肉机械性能的改变导致肌肉群的异常伸展性。孙栋等[24]选取26 例脑卒中恢复期患者进行膝关节伸、屈肌群最大随意等长收缩（maximum voluntary isometric contraction，MIVC）时，测量股直肌、股二头肌表面肌电信号，计算积分肌电值（integrated EMG，IEMG）。IEMG 值是肌肉收缩时运动单元在单位时间内总放电量，可以用来反映实时肌肉状态[25]。结果显示，MIVC 状态下，膝伸展时主动肌健侧IEMG 大于患侧，拮抗肌健、患侧IEMG 相比无显著差异。膝屈曲时，其主动肌健侧IEMG 大于患侧，拮抗肌患侧IEMG 也大于健侧。研究表明，肌肉张力大小与神经肌肉的聚集量有关，肌肉收缩时肌肉纤维越多，激活的运动单元放电总量越大，痉挛越明显。处于恢复期的脑卒中患者仍存在下肢伸肌群痉挛，考虑下肢肌肉痉挛是由于肌肉过度激活引起的。

3.2.3 肌肉间协调性异常 步行需要肌肉协调以支撑身体，保持平衡，中枢神经系统可根据具体的需求来调节肌肉协调性。这种协同作用对于在功能性活动（如步行）期间提供最佳关节稳定性、良好的运动精度和能量效率非常重要。共同收缩参数便是一项能够反映出这种肌肉间协调性的指标[26]。Chow等[27]对脑卒中患者在行走过程中胫骨前肌—内侧腓肠肌的共同收缩指数（coactivation index，COI）进行了计算和分析，研究发现健侧和患侧COI 在整个支撑相、双支撑相阶段均明显高于正常人群，终末双支撑相期患侧COI 值明显高于正常人群，研究表明偏瘫患者患侧肌肉存在协调性异常，COI 的增加是为了代偿患者平衡能力和跖屈肌力量的缺失。这一研究结果与先前Kitatani 等[28]研究结果相似。

窦祖林等[29]选择18 例慢性脑卒中患者和18例健康人作为研究对象，利用表面肌电图记录受试者下肢主动膝关节屈伸运动时下肢肌肉表面肌电信号，并将运动过程中及最大等长收缩运动时均方根值（root mean square，RMS）标准化算得标准化均方根值（standard root mean square，stRMS）用于评估肌肉激活相对水平，同时计算协同收缩率（cocontraction ratio，CR）。结果显示，伸膝时，患者组偏瘫侧股直肌的stRMS 比健侧和对照组显著升高，且该肌肉失去正常收缩-放松模式，而偏瘫侧股内侧肌、股外侧肌stRMS 升高，但仍维持正常收缩-放松模式；屈膝时，偏瘫侧股二头肌、半腱半膜肌stRMS 升高。偏瘫侧大腿CR 值在屈膝过程中升高。研究结果表明，脑卒中患者的下肢膝关节屈伸运动存在异常的肌肉协调活动。这一结果与文献[30]结果类似，研究结果分析可知，偏瘫肢体在完成同一动作时，需要聚集更多肌纤维收缩来完成，存在肌肉协调性的异常。Yuan 等[31]通过研究脑卒中患者行走时下肢肌肉的共收缩，发现肌肉的异常激活模式会导致肌肉之间收缩的不协调性，从而降低脑卒中患者行走时步态的稳定性及效率。

通过以上研究结果可知，脑卒中患者在步行中健患两侧下肢肌肉的协调性存在较大的差异，各阶段均存在患侧下肢肌肉间收缩不协调现象，随着下肢运动功能的恢复，其患侧下肢肌肉协调性可得到逐渐改善。

3.3 肌电学特征与运动学特征相关性分析 表面肌电信号是肌肉活动中产生的生物电变化经表面肌电设备引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号，可以反映肌肉功能和活动情况[32]。肌肉活动为步行运动提供动力，因此步态的异常与肌肉活动的异常通常有着密切的关联[33]。Clark 等[34]以50 例脑卒中患者和20 例健康人为试验对象，比较了脑卒中患者在行走过程中的运动参数和表面肌电信号与正常人之间的差别。研究利用运动分析系统，记录受试者的运动资料，利用遥测肌电采集技术，分别测量下肢肌肉的肌电信号。实验过程中计算运动完成时间、地面行走速度变化、步幅不对称性等运动学参数及肌肉激活时间、肌电幅度指标等肌电参数，此研究还对患者运动学及肌电学进行了Spearman 相关性分析，结果显示肌群肌电协同分析结果与运动学参数也存在明显的相关性。这项研究表明，异常的肌肉协同活动与受损的生物力学输出之间存在联系，脑卒中偏瘫患者在行走时行走不对称，步态稳定性较差，这与其下肢肌肉的协调性异常及关节屈伸受限有很大关系。

纪晴[35]对22 例脑卒中偏瘫患者和20 例健康对照人员在步行试验时同步采集其运动学及表面肌电数据，研究将所需肌电协同数量下的信息重构率与运动学特征步长对称性做了线性拟合，肌电协同重构率与步长对称性的平均拟合斜率为0.92，95%CI（0.84，0.99），也说明两者之间存在相关性。

以上研究表明，脑卒中偏瘫患者步态中的异常运动模式可由实时同步的相关肌肉的异常肌电特征来解释[36]。可以分析异常肌电数据和异常运动数据之间的相关性，并与临床症状相结合，以确定患者下肢功能障碍的主要原因，进而有针对性地指导临床治疗。

4 经筋理论对脑卒中后偏瘫康复治疗的指导意义

经筋疗法包括了所有基于传统经筋理论的针刺、推拿、火针、拔罐、针刀、长圆针、内服外敷药物等各种治疗方法[37]。而经筋之治则主要包含3 个方面，一是调整身体的结构，二为调整身体力线，三则是调整身体气血循环。身体是一个整体，牵一发而动全身，任何一个地方的调整，都会影响全身的改变。当脏腑虚弱或受到外邪侵袭时，经筋就会受到损伤，从而出现相应症状。故而结合生物力学，根据经筋的循行特点和病理特点来指导针灸、推拿及康复治疗，必然会起到事半功倍的效果。

5 小结

经筋理论对现代康复医学、骨科学、疼痛医学、针灸学等临床与学术研究具有重要参考价值。基于经筋理论形成的经筋疗法可调整人体的阴阳气血平衡，舒筋活络，以达到改善卒中后肢体功能障碍的目的。以经筋理论为基础，透过生物力学原理可对下肢功能障碍进行更精准的定量分析，为临床治疗、康复提供更精确化的指导。将传统经筋理论与现代生物力学技术相结合在卒中后康复研究中极具潜力，然而，目前关于二者结合的研究体系并不成熟，其机理研究亦亟待完善。因此，推动中医学与康复医学结合式发展，二者互用互鉴，可更好地服务于临床。