脑卒中偏瘫患者步态训练的现状分析

黄雨青，王艳萌，杨信才

(1.贵州省疾病预防控制中心慢性病防治研究所，贵州 贵阳 550004；2.河北大学附属医院，河北 保定 071000)

目前，在所有疾病中，脑卒中已居世界致残病因的首位，且它导致的伤残调整生命年最长[1]。脑卒中后患者偏瘫侧的下肢肌力减退、平衡能力降低、本体感觉减弱或异常的步态模式等导致患者出现步行功能障碍，然而步行能力是决定脑卒中患者生活质量的主要因素之一，因此脑卒中后步行功能的恢复一直是康复治疗的重要组成部分[2]。在脑卒中后恢复的急性阶段，大脑处于可塑性的关键时期，而研究发现在此期间进行重复、高剂量、特定任务的训练可增强有益的皮层重组，从而加速功能恢复[3]。因此，脑卒中偏瘫患者早期康复干预意义重大。除了传统运动训练外，目前越来越多的新型康复理念和设备已被应用于脑卒中后运动障碍治疗中，主要包括跑台训练、下肢康复机器人、双任务步态训练、手杖训练及镜像训练等。

1 跑台训练

跑步机训练在偏瘫患者康复中应用广泛，对于下肢步行功能障碍的脑卒中患者而言，它可提供接近日常活动的重复性跨步训练，且可以在较安全环境下进行。一般来说，脑卒中患者行走时因步态异常伴随代偿性动作会增加能量消耗，限制行走耐力的提升。然而，在跑步机上行走时，患者可用健手支撑着扶手，增加患肢单脚站立时间，提高步态稳定性，提升长距离行走耐力，因此，与普通平地步行训练相比，跑台训练更能提升患者耐力训练效果[4]。跑台训练主要包括数字化跑台训练、三维步态训练、减重平板步行训练(body weight suport treadmill training，BWSTT)、水中平板步行训练、双跑带运动平板训练。

有文献表明，跑台运动可降低脑梗死大鼠脑组织toll样受体2(toll-like receptors 2，TLR2)、脑组织toll样受体4(toll-like receptors 4，TLR4 )信号转导通路活性，从而减轻缺血再灌注后的继发性炎症反应，这可能是脑梗死恢复运动功能的其中一个机制[5]。同时，黄婷婷等[6]研究显示，跑台训练经碱性成纤维细胞生长因子/缺血性脑卒中后皮层小凹蛋白-1/血管内皮生长因子通路促进脑缺血半暗带区的神经血管再生。

1.1 数字化跑台训练

数字化跑台训练通过抗干扰3D摄像捕捉系统，实时监控运动中躯干的屈伸、侧弯角度，髋、膝、踝关节的屈伸角度，其配备的大型灵敏压力感应跑台，能实时记录支撑相左-右侧触地时长、步长、身体重心垂直和水平移动等基本步态分析数据，并将其实时地反馈在患者前方的显示屏上，通过视听觉反馈机制可降低患者下肢摆动相伸肌张力，提高髋、膝关节活动度，从而改善步态、步长、步速，提高患者的步行能力，还可以直接刺激大脑，提高大脑功能的可塑性[7]。

冀磊磊等[8]对脑卒中患者予以常规康复治疗同时给予数字化跑台训练，2周后患者患侧平均步长增加，更接近健侧，患侧下肢的负重能力、负重时间提高，且明显优于对照组。同时，王娟等[9]的研究结果表明，功能性电刺激同步数字化跑台训练能够显著改善脑卒中偏瘫患者的步行及平衡能力。

1.2 三维步态分析训练

三维运动平台是一类多功能的训练康复治疗仪，它的圆盘安装在带有外部支撑的球体上，由多个引擎控制，可以实现螺旋形非线性的椭圆形运动模式。根据患者的情况设定不同的速度、幅度、顺/逆时针的旋转变化周期、旋转范围、幅度及速度，值越大，旋转变化周期会越短，旋转范围就越大，患者在平台上保持平衡和完成训练动作的难度就越大[10]。它产生的椭圆运动可以增强躯干和肢体间的协调能力，促进肌肉的向心收缩和离心收缩，与此同时，还可以增强膝关节的控制能力。此外，三维平台训练中不稳定的动态支撑环境要求患者的肌肉和关节不断地做出反应，以维持自身的平衡，此过程可以诱导运动感觉器官的信号输入，刺激脊髓传递神经冲动。研究表明，它与等速肌力训练相结合可以有效改善偏瘫膝过伸患者的步态功能和下肢运动能力[11]。

三维步态分析系统早已成为新兴的评估和分析步态的方法，它能够定量测量脑卒中后偏瘫患者的步态特征和下肢关节运动学参数，具备客观、准确、定量等特点，在康复评定领域中引起众多的关注[12]。

1.3 BWSTT

BWSTT是一种基于脑功能重组和神经可塑性的功能训练方法，该项训练通过将步行三要素(负重、迈步、平衡)有机结合，从而来促进正常模式的建立[13]。BWSTT使用一种特殊的悬吊装置来减轻患者体质量对其下肢的负荷，并与电动跑步机配合带动患者重复而有节律地进行步行活动。此技术可以减少脑卒中患者下肢负重的不对称性，促进支撑力不充分的患者早期进行步行训练，同时能有效地激活运动皮质和脊髓节律性运动中枢[14]，促使肌肉结构的积极变化，可有效改善肌肉力量[15]。

此外，脑卒中患者平衡能力的下降导致其对视觉输入的依赖程度很高[16]，这样可能会妨碍康复患者正确使用躯体感觉和前庭输入来正确管理运动任务。有研究表明，视觉剥夺体质量支持跑步机训练即受试者在训练时面朝前方，蒙上眼罩以阻挡视线，在增加步态速度和节奏以及减少阶跃时间不对称(step-time asymmetry，ST-asymmetry)方面比BWSTT更有效[17]。

近年来，通过BWSTT结合其他治疗措施来改善脑卒中后患者的运动功能已成为新的研究目标。有研究显示，功能性电刺激训练结合BWSTT可有效提高脑卒中患者步行能力、改善患者步态[18]。许林海等[19]也证实BWSTT结合本体感觉训练能够积极改善急性缺血性脑卒中患者的下肢运动功能及本体感觉，从而提高患者的平衡能力及步行能力。同时，有研究表明，在减重跑台训练时听音乐能显著改善脑卒中偏瘫患者支撑相时间比值、10 m步行时间、步行速度及平衡能力[20]。

1.4 水中平板步行训练

水上跑步机步行训练是一种特殊形式的BWSTT，具有水疗及平板运动的特性，对改善脑卒中偏瘫患者下肢功能有良好的效果[21]。在水中进行跑步机步行训练时，由于水特有的黏滞性，人体三维皆处阻力环境之中，患者健侧髋关节伸展、膝关节伸展和踝关节背屈角度的峰值明显增大，而患侧髋关节外展、外旋程度减轻[22]，这可以有效减弱代偿，提高步行稳定性，促进本体感觉与姿势控制、平衡功能的改善[23]。此外，与地面运动相比，水中运动在改善呼吸功能(如耗氧量和心率)方面更有效[24]。

Lim[25]研究比较了水射流阻力水下跑步机步态训练和踝关节负重水下跑步机步态训练对慢性脑卒中患者平衡和步态能力的影响，前者在胫骨前端给予水射流阻力，后者患侧脚踝戴着重量相当于体质量5%的沙袋，每天训练30 min，共4周。训练结果表明，水射流阻力水下跑步机步态训练在改善慢性脑卒中患者的静态和动态平衡以及步态能力方面比踝关节负重水下跑步机步态训练更有效。

1.5 双跑带运动平板训练

与常规跑台训练不同，双跑带平板训练可通过对两侧跑带设置不同速度来帮助患侧肢体增加支撑时间，可有效集中患者的注意力，最大程度地调动其积极参与运动的潜能和意识[26]。梁亚利等[27]对12例脑卒中患者采用动态扰动联合双跑带的运动平板进行训练，其中动态扰动主要是指患者在双跑带的运动平板上进行训练时，给予不定期的平台晃动，研究结果显示，实验组脑卒中偏瘫患者的步速增加，患侧支撑相比例接近正常，Berg平衡量表评分、下肢Fugl-Meyer评分提高，FAC分级提高，并且显著优于对照组。

1.6 自定步速跑步机

传统的跑步机训练时设定的速度是不变的，患者很难自动调整适合自己的速度来参与训练，为了克服这一局限性，人们开发了一种模拟地面行走，用于神经障碍后的步态康复[28]。该跑步机训练系统使用动作捕捉系统测量用户骨盆和足部的位置和速度，当患者在自主行走过程中加速或减速时，控制器会自动识别此时的行走速度，并通过深度传感器来处理数据，随后将患者行走的目标速度和当前速度反馈到监视器上，用户可以通过改变自己当前的速度来调整到目标速度。有文献表明，相对于传统的(被动的)恒速跑步机训练，自定步速步态训练系统具有改善偏瘫患者对称步态和促进脑卒中后相关大脑皮层活动的潜力[29]。但由于目前研究较少，还需要进行长期的临床试验来证明其实用性。

2 下肢康复机器人

下肢康复机器人装置主要分为末端效应器型和外骨骼型。末端效应器装置可通过向四肢远端节段施加机械力来工作，易于设置，但对四肢近端关节的控制有限，容易导致异常运动模式。而外骨骼型机器人由与佩戴者解剖轴对齐的轴组成，在人体肢体的应用类似于穿戴式仿生装置，它能给予穿戴者的髋关节、膝关节和踝关节足够的支撑力，最大限度地减少异常姿势或运动，可根据不同的训练模式主动或被动地为患者提供辅助力而不受预定的移动模式限制[30]。

2.1 步态训练下肢机器人

步态运动辅助机器人(gait exercise assist robot，GEAR)是一种步态康复机器人，用于支持脑卒中后严重偏瘫患者的步态练习[31]。以前的大多数步态训练机器人需在双下肢上佩戴机器人装置，提供对称性步态训练[32]，然而，步态练习的目的不是获得正常、对称的步态，而是在运动限制范围内建立最有效的步态模式，该装置是一种固定的单腿装置，仅用于辅助偏瘫下肢，高度可调，且结合了各种反馈机制。

一项配对病例对照研究通过三维步态分析来评估亚急性脑卒中患者接受GEAR训练后对步态能力的持续影响，研究结果显示，GEAR训练在改善步态参数的持久性方面优于常规训练[33]。同时，Kayabinar等[34]初步研究了虚拟现实技术增强机器人辅助步态训练对慢性脑卒中患者的影响，所有患者结合与日常生活活动相关的虚拟环境进行训练，同时执行运动和认知双任务，结果显示患者的步态速度、双任务表现、功能增益改变显著。

2.2 地面行走下肢机器人

BEAR-H1是深圳Milebot 机器人有限公司生产的一种新型下肢外骨骼机器人，它具有主动和被动模式，同时还配备了监测和评估系统，使治疗师能够实时观察步态训练数据，了解患者步态的进展情况。Li等[35]研究探讨了BEAR-H1辅助步态训练(BEAR-H1 assisted gait training，BAGT)是否比传统训练更能有效地改善亚急性脑卒中患者的运动和行走能力，结果显示BAGT组的6 min步行测试、Fugl-Meyer下肢评估、步速、步频、步长和周期持续时间的改善明显优于传统训练。

而AiWalker是一种由北京Ai-Robotics 科技有限公司AiWalker新开发的机器人辅助步态训练系统，与常用的机器人辅助步态训练设备(如Lokomat)相比，增加了脚底体感、触觉刺激，可改善患者下肢躯体感觉功能[36]。同时有研究表明，在脑卒中患者急性住院康复期间给予机器人外骨骼训练，可明显提高其功能性步行的能力，能有助于早期恢复[37]。

除此之外，外骨骼机器人训练在神经源性肠功能障碍、心理健康方面具有潜在的益处，未来的研究可涉及更多非运动性结果(如疼痛和痉挛)[38]。

2.3 末端驱动式下肢康复机器人(end-efector robot-assisted gait training，E-RAGT)

E-RAGT是可编程脚步驱动轨迹，旨在改善偏瘫步态时肢体间踝-膝-髋协调不足的情况。E-RAGT和外骨骼下肢康复机器人的主要区别在于它在步态训练期间允许脚踝背屈和足底屈曲运动，而髋关节和膝关节不受控制，能够进行主动运动。有研究对E-RAGT辅助步态训练和BWSTT对偏瘫患者皮层激活的影响进行了比较，结果表明E-RAGT组的Fugel-Meyer运动功能评定量表分数明显优于BWSTT组[39]。既往荟萃分析显示与传统的步态康复相比，由末端效应器装置辅助的步态训练能显著改善脑卒中后的步态速度和最大步行距离[40]。

3 双任务步态训练

对于许多脑卒中患者而言，重返社区活动是他们进行康复训练的主要目标，而日常生活中的步态不是由单独行走组成的，而是涉及认知加工和注意力，以解决各种环境中的安全问题，这意味着步态与认知有关。当两个单一任务(认知和运动)同时执行时，双任务干扰(dual-task interference，DTI)会在个体中发生。有文献证实了在慢性脑卒中人群中，双任务步态跑步机训练在改善DTI中的步态能力方面比单任务训练更有效[41]。

Bour等[42]对116名首次脑卒中患者进行了2年的随访，研究结果显示，66.6%和53.3%的患者分别患有抑郁症状和执行功能障碍，因此对于脑卒中患者而言，能够重返社区活动一个非常重要的前提是积极改善其执行与认知功能。Lord等[43]研究显示，在标准步态测试中表现良好的患者中有1/3的患者在无人监督的情况下仍然无法开展社区活动，这是由于他们在察觉和适应活动策略方面存在困难，导致跌倒、步行能力下降等现象。对于双任务训练的效果，Silsupadol等[44]研究表明，在进行双任务训练的同时接受平衡训练的患者在改善动态步态指数方面更为显著，且此训练效果可持续3个月，该研究还证实了双任务步态训练具有迁移作用，即患者在新的(未经训练的)双任务中也表现出改善，这是因为经过双任务训练后患者的认知负荷的消耗降低，协调能力会增加，从而跌倒的可能性也会降低。

因此，慢性脑卒中后患者的步行康复治疗不应该只是单纯的步态训练，应该适当添加认知任务训练，尤其是执行功能相关的任务。双任务训练能够更好地预防跌倒，同时可以迁移到日常生活中，并且持续时间较长。

4 手杖训练

在临床实践中，各种辅助设备如双杠、助行器和手杖常用于脑卒中患者的平衡和步态训练。手杖有助于增加脑卒中患者的支撑基础，提高患者站立和行走时的重量转移能力[45]，保持姿势稳定性。在单肢站立阶段使用手杖有助于重量转移到偏瘫无力侧的下肢，可有效地提高下肢负重率，并能增加患侧的触觉刺激[46]。然而，有研究表明，在康复早期使用拐杖会导致患侧下肢肌肉活动减少[47]，并干扰体质量分布的对称性，最终会干扰独立步态的形成[48]。

此外，有研究表明，在使用拐杖时加入听觉反馈即每当患者的负重高于手杖上的预设阈值时，手杖就会发出嘟嘟声，与传统的手杖步态训练相比，前者有利于改善脑卒中患者的竖脊肌活动，有助于保持躯干平衡[49]。然而，由于参与者数量较少且缺乏随访结果无法推广。

5 镜像疗法

镜像疗法(mirror therapy，MT)最初用于治疗患肢疼痛，后来被用于增强偏瘫患者脑卒中后的运动恢复[50]。镜子摆放于患者矢状面，达到使患者可在镜子中观察健侧肢体运动的镜像活动，而患侧处于镜子后面，从而产生双侧运动功能都正常的错觉。MT机制研究表明，镜像视觉反馈可改善大脑半球之间的激活不对称，通过激活镜像神经元系统来促进大脑的功能重组和可塑[51]，促进患侧初级运动皮质内的皮质功能[52]。

之前与脑卒中相关的MT研究大多集中在上肢[53]，既往的荟萃分析表明，MT在改善脑卒中后患者下肢运动功能、平衡能力、步行速度、踝关节背屈和步长方面显示出显著的积极作用[54]。Broderick等[55]进行的一项随机对照试验表明，MT联合BWSTT能有效改善脑卒中患者的步行能力及日常生活能力。

6 总结与展望

通过步态训练改善脑卒中患者下肢功能的诸多干预手段都各具特色，尽管其中的作用机制尚未被完全阐明。近年来跑步机训练系统的研究越来越多，疗效显著，在步态训练的同时，可以通过视听觉反馈，抑制异常步行模式。近年来，也有学者认为带有转弯功能的跑步机训练对大脑功能重组是有效的[56]。机器人设备的优势包括减轻密集的人员配置需求及物质负担，同时还可以客观地量化多感官刺激的性质和数量，并可以测量患者的输出，如运动、力量和时间的改善。虽然对康复机器人功效的研究正在增加，但对机器人进行步态训练的报道很少，进一步的研究应该在更大的样本中调查机器人训练对脑卒中患者的长期影响。相比单任务训练，进行双任务训练的患者在动态步态指数测试方面得到更有效的改善，因此未来物理治疗师可在康复训练中加入双任务训练，以便使患者更好地回归日常生活。使用拐杖可以有效地改善脑卒中患者下肢的负重率，有助于稳定姿势控制，但仍需对脑卒中患者使用拐杖进行步态训练的效果及行走时躯干运动学进行进一步研究。MT联合BWSTT在偏瘫患者的步行功能改善方面效果显著，未来应进一步开展新的随机对照试验，并考虑MT与其他疗法的结合，同时，进一步研究还应解决与治疗管理相关的最佳治疗剂量和最佳恢复期问题。在临床应用治疗脑卒中后患者运动功能障碍时，应根据患者病情选择合适的训练方法，或与其他方法联合应用，以期改善患者的运动功能。