脑卒中后步态异常评估及康复.docx

脑卒中后步态异常分析及康复治疗进展 青岛大学附属医院康复医学科 王强 脑卒中后步行功能障碍是患者的主要功能障碍之一， 有研究报道脑卒中后早期50%的患者不能步行，12%的患者借助辅助器具可以步行，37%的患者能够独立步行。经过11周的康复后，仍有18%的患者不能够步行，11%的患者借助辅助器具步行，50%的患者可以独立步行1。脑卒中后恢复步行是患者的主要目标，脑卒中后康复也主要是针对步行功能恢复，特别是在亚急性期。 本文对脑卒中异常步态分析及康复治疗进展进行综述。一、 脑卒中后步态异常分析脑卒中患者可以出现明显的步态异常，而且容易摔倒。为了研究脑卒中后步态异常的特点，需要对步行的参数进行分析，如时空参数、运动学、运动力学、氧耗量等2，3。尽管先进步态分析技术已经应用于脑卒中患者的步态分析及康复，但导致脑卒中患者异常步态的原因并不是完全清楚4，5。 正常步态在时空间参数应该是对称的，双下肢垂直力量及时间参数差异6% 。偏瘫步态的特点是不对称、分离运动控制差、平衡反应延迟及破坏、患肢负重减少、身体不能平滑且对称前行，在恢复过程中偏瘫步态变化很大，偏瘫侧肢体出现共同运动，需要骨盆及非瘫痪侧肢体来代偿6。进行步态分析时常常采用时间及空间参数，偶尔也需要分析运动学及运动力学。时间参数主要指标有摆动相时间、支撑相时间、摆动相与支撑相之间比值；空间参数主要是步幅。偏瘫患者时间参数不对称表现为偏瘫侧肢体摆动相时间延长和/或对侧下肢支撑相时间延长7。偏瘫患者步幅不对称则没有规律，因为偏瘫患者严重程度不同，有些患者表现为偏瘫侧步幅增加，有的患者表现为非瘫痪侧步幅增加8。影响脑卒中步态的因素包括卒中的严重程度、卒中的类型、卒中的并发症（如关节活动度受限及躯干控制差）等，因此脑卒中患者的步态差异很大。1.偏瘫步态的时间参数特点 偏瘫步态的一个重要时间参数变化是步速下降。慢性脑卒中患者的步速为0.10 m/s 到0.76 m/s之间9，最大步速为0.76 m/s 到1.09 m/s之间。脑卒中步速的研究结果差异很大，影响因素包括不同的测量技术和设备、测量是辅助器具的使用（如手杖、支具、外部支持）、卒中的严重程度及病程10。脑卒中后时间参数不对称发生率为55.5%，而同一组患者空间参数不对称发生率低，为33.3%。偏瘫侧下肢摆动相时间与非瘫痪侧下肢摆动相时间比值为1.23-1.61，偏瘫侧下肢步幅与非瘫痪侧下肢步幅比值为0.9211。 步行速度是步态的一个整体指标，它与步频、跨步长、双腿支撑相时间、偏瘫侧及非偏瘫侧支撑相时间等有关。偏瘫步态时间参数的特点是平均步幅时间延长及步频减少，双下肢单腿支撑相时间均延长。偏瘫侧下肢支撑相时间缩短而摆动相时间延长，而相对应的是非瘫患侧下肢支撑相时间延长而摆动相时间缩短，双腿支撑相时间也延长12。总之，脑卒中患者步行速度是下降的，其原因包括运动功能恢复差、平衡功能受损、肌力下降等，严重影响患者的生活自理。偏瘫患者时间及空间参数分析见表1。 表1 左侧偏瘫患者的时间及空间参数 参数 左侧 右侧步频（步/min） 98.4 98.4双腿支撑相时间（s） 0.32 0.28足离地（%） 62.3 63.9对侧足着地（%） 49.2 50.8对侧足离地（%） 13.1 9.84单腿支撑时间（s） 0.44 0.50步幅（m） 0.45 0.49步幅时间（s） 0.62 0.60跨步长（m） 0.94 0.97跨步长时间(s) 1.22 1.22步速（m/s） 0.77 0.79偏瘫侧肢体双腿支撑相时间、对侧足离地时间、步幅时间延长，而单腿支撑相时间、步幅及跨步长、步行速度下降。2.偏瘫步态的空间参数特点 偏瘫患者的主要空间参数特点是偏瘫侧肢体与非偏瘫侧肢体步幅不同。许多研究报道偏瘫侧下肢步幅一般比非瘫患侧下肢延长，但也有相反报道。Balasubramanian et al 13 的研究认为步幅不对称与偏瘫侧步行时产生的前行力量相关。根据他们的观察，偏瘫侧产生前行力量减少时偏瘫侧步幅增加，提示非瘫痪侧产生前行力量增加引起瘫患侧的步幅增加。严重偏瘫患者（依赖于屈肌及伸肌共同运动）偏瘫侧步幅较非偏瘫侧更长，但这并不影响自由步行时的步速，可能由于非偏瘫侧下肢代偿性产生前行力量增加所致。3.脑卒中患者运动学异常关节运动学是描述不同节段身体空间运动的参数，如关节运动的角度。步行主要运动是发生在矢状面。偏瘫患者的支撑相和摆动相的关节运动学与正常人有区别，而且个体差异很大。支撑相运动学异常 当步频下降时，髋关节从足接地时的屈曲15伸展到支撑相时的伸展10。髋伸展很重要，它可以使躯干在支撑相下肢上方前移，从而使对侧下肢步幅正常14，但偏瘫患者常常存在髋伸展下降15。髋伸肌缩短及髋屈肌过度活跃可以使髋伸展力矩下降，限制了支撑相髋伸展力矩。另外，踝跖屈肌过度活跃是导致支撑相髋伸展下降的最常见原因，因为支撑相足背屈后才能使下肢前行，这是髋伸展和躯干前移所必须的。如果由于踝跖屈肌过度活跃导致踝跖屈力矩增加或踝跖屈肌缩短，踝背屈下降，则可导致支撑相后期的髋伸展下降16。偏瘫患者可以出现足着地时髋屈曲下降，可能由于髋伸肌过度活跃或髋屈肌活动受限所致17。 偏瘫患者膝关节运动方式有三种1：(1)支撑相时膝屈曲增加（特别是在足首次着地时）；(2)支撑相早期膝屈曲下降，随后在支撑相后期膝过伸，摆动前期膝屈曲延迟；(3)支撑相大部分时间膝关节过伸6。 当步频下降时，膝关节从足根着地时屈曲3到足趾离地为摆动相做准备时的屈曲35。支撑相膝关节过伸可以由小腿三头肌过早活动导致小腿被拉向后方所引起，股四头肌痉挛也可导致膝关节过伸，膝关节过伸也可能是负重时为了使膝关节稳定的代偿，腘绳肌可以稳定膝关节18，19。 另外一个常见支撑相运动学异常是早期着地时全足着地，足趾离地时踝跖屈力量下降。正常情况下，踝关节由足早期着地时的踝背屈8迅速跖屈至足趾离地时的踝跖屈17 。快速踝跖屈使得重心前移，增加了对侧下肢步幅。摆动相时踝跖屈肌过度活动或缩短限制踝关节背屈，导致早期着地时全足着地。足趾离地时踝趾屈力量下降是由于踝跖屈肌没有进行充分离心收缩而达到最适初长度所致。脑卒中后踝跖屈肌缩短也使踝跖屈力量减弱20。摆动相运动学异常髋关节从足趾离地时伸展9到摆动相中期屈曲20。正常步幅步行时下肢前行需要髋关节屈曲，脑卒中患者常常出现髋屈曲下降，由于髋屈肌无力或髋伸肌过度活动所致。正常情况下，在摆动相前1/3膝关节屈曲达到高峰值65，在足着地前膝关节屈曲达到4。偏瘫患者摆动相时膝关节运动模式有两种。一种类型是摆动相膝关节屈曲下降，这是是偏瘫患者最常见的步态异常，膝僵直步态是这种步态的特征性表现。膝关节屈曲下降的原因有最常见的股四头肌过度活动以及足蹬地无力，膝屈肌无力也可能是原因之一。摆动前期的髋屈曲无力及踝跖屈肌过度活跃也可造成膝僵直21。摆动相膝关节的另一种类型异常是足跟着地前膝伸展不足。从摆动相中期到末期下肢向前摆动的伸展力矩下降或膝屈肌过度活跃均可导致膝伸展不足，伸膝肌无力也可能是另外一个原因22，23。 另外一个常见摆动相运动学异常是踝背屈下降。正常情况下，踝关节在摆动相中期达到中立位，并保持这个位置至首次足着地。摆动相中期踝关节达到中立位很重要，因为此时足最接近地面，只有中立位才能使足廓清，防止足拖曳。摆动期及足跟着地时踝背屈不能是由于踝跖屈肌过度活跃及踝背屈肌无力所致，踝跖屈肌挛缩是另外一个原因22。总之，偏瘫患者摆动相异常的特点是髋屈曲下降、膝屈曲下降、踝背屈下降或持续踝跖屈，导致摆动相下肢不能缩短离地，出现足拖曳。患者出现划圈步态，骨盆代偿性抬高、髋关节外展、外旋，使足离开地面。4.脑卒中患者运动力学异常步行时的时空参数及运动力学都是关节产生的力矩作用的结果。运动力学不能够直接测量，而需要测力平台。研究表明偏瘫患者步行时偏瘫侧与非偏瘫侧的运动力学与正常人不同，双侧下肢运动力学不对称，而且差异很大。运动力学分析包括三个变量：力、力矩和功率。偏瘫步态可以出现各种异常力学改变。正常人地面反作用力出现双峰曲线，双峰分别出现在预承重期和足蹬地期，支撑相中期处于中间低谷。一些偏瘫患者地面反作用力相对恒定，患侧下肢有三个小的不规则的峰值和低谷。与偏瘫侧相比，非瘫痪侧下肢在首次触地及足蹬地期产生很大的垂直力量23。 偏瘫患者膝关节的力矩也与正常人不同，在支撑相早期产生屈曲负力矩，在后期支撑相产生伸展正力矩。有报道偏瘫患者在患侧下肢在整个步行周期中均产生伸展正力矩24。脑卒中后偏瘫侧下肢几乎所有力矩和功率均较非偏瘫侧下降，而且在舒适步行时双下肢的力矩和功率均较对照组下降25。偏瘫患者的步速差别很大，从很慢到接近正常。在恢复早期由于瘫痪及运动控制差，步速要慢。随着肌力增加和运动控制能力改善，运动速度加快而且异常运动减少。二、脑卒中步态异常康复训练目前脑卒中患者步行功能康复主要依赖于物理治疗，不同的物理治疗方法的目的是恢复患者行走能力。虽然神经发育技术如Bobath技术、Brunnstrom技术、PNF技术、Rood技术以及运动再学习技术应用广泛，但是还没有足够证据证实以上任何一项技术比另一项技术更有效26。近年来，一些新的治疗方法和技术已经应用于临床。 1强化训练（Intensive training）强化训练是指增加训练时间和加大训练强度两种方式，前者指“额外工作量”和“训练的时间总量”，后者通常是指“运动频率”27。许多研究已经证实，强化训练可以促进运动功能的恢复28,29,30。2虚拟现实技术（Virtual reality，VR）虚拟现实技术以及主动与游戏互动是脑卒中后新的康复治疗手段。该技术运用计算机和专业的软硬件显现仿真环境，实现在视、听、触、动觉等方面的虚拟互动和反馈，使用者可以在虚拟环境中完成可控的功能性运动和操作，达到功能重建目的。虚拟现实技术设计较常规康复技术更有趣，鼓励重复训练，增加患者的参与程度。Mirelman 等评估了VR治疗后的步态运动力学，结果发现VR治疗后足蹬地力量明显增加，踝关节活动度的改变也较对照组明显增加，而且在支撑相和摆动相膝关节关节活动度也较对照组明显增加31。 在最近一篇综述中， Moreira 等认为VR对于脑卒中后步行功能康复是一项有前景的治疗技术，然而许多问题仍没有解决，其有效性仍需进一步研究32。3.运动想象疗法（Motor imagery, MI）运动想象疗法是指为了提高运动功能而进行的反复运动想象，没有任何运动输出，根据运动记忆在大脑中激活某一活动的特定区域。 对于严重偏瘫、容易疲劳、平衡功能障碍的脑卒中患者进行步行训练比较困难，运动想象疗法可以为患者提供安全、自我控制的步行训练方法。许多研究表明，运动想象疗法可以改善患者的步行功能33,34。4.功能性电刺激（ Functional electrical stimulation） 功能性电刺激是采用低频电流诱发多块肌肉的协调收缩，使运动损伤患者得完成功能性任务。功能性电刺激通常刺激的是神经纤维，而不是肌肉，因为神经组织的刺激阈值远远低于肌肉纤维的刺激阈值。功能性电刺激结合不同步行训练方式能够改善偏瘫患者的步行功能。大约20%的脑卒中患者出现足下垂，是由于踝背屈肌无力以及踝跖屈肌痉挛或挛缩所致，导致步速下降，效率降低，容易摔倒35。尽管许多研究表明FES对于足下垂患者疗效明显，但其疗效与AFO相当36。5.机器人辅助步行训练机器人辅助步行训练是一种可对患者肢体提供外部支持，在步行时使患肢产生正常运动模式的机电设备。机器人用于康复的最大优势是能够提供高强度、高剂量的训练。目前国内外主要有两种步行康复机器人：一类是固定于训练平台并与下肢平行的机电外骨骼（exoskeleton-type robot devices）；另一类是固定于足部的机电外骨骼（end-effector-type robotic devices）37。这些装置为患者提供了安全、强化、任务引导的康复训练，适用于轻至重度运动障碍患者。机器人训练的优势有：提供精确的辅助或抗阻运动；重复性好；对患者进行客观量化的评估；结合虚拟现实技术增加患者的主动参与38。另外，机器人减少了治疗师的辅助，还可以提供运动学及运动力学的数据，以便控制训练强度，评估运动功能的变化，比临床评估敏感度和可信度增高39。 机器人辅助训练与康复训练相结合较康复训练比较更容易获得独立步行的能力，特别是发病前3个月患者不能步行时采用机器人辅助训练获益更明显40。 三、结论脑卒中偏瘫步态依据残存功能可以出现各种异常，所以每例患者均需测量他独特的步行时空参数。定量测量步态可以发现患者存在的问题，设定治疗方案，并评估治疗效果。然而偏瘫患者步态时空参数、运动学、运动力学异常的病理生理学机制尚需进一步研究。 脑卒中后步态训练的方法及设备各种各样，然而评定这些方法的有效性比较复杂，认为脑卒中患者可以出现自然恢复，其机制仍在研究。虽然神经发育技术如Bobath技术、Brunnstrom技术、PNF技术、Rood技术以及运动再学习技术应用广泛，但是还没有足够证据证实以上任何一项技术比另一项技术更有效。新的步行训练方法和技术包括强化训练、虚拟现实技术、运动想象疗法、机器人辅助训练。 参考文献1. Woolley SM. Characteristics of gait in hemiplegia. Top Stroke Rehabil2001;7:1-18.2. Lamontagne A, Stephenson JL, Fung J. Physiological evaluation of gaitdisturbances post stroke. Clin Neurophysiol 2007;118:717-729.3. Yavuzer G, Gk H, Ergin S. Spatiotemporal and kinematic gait characteristicsof stroke patients. J Rheum Med Rehabil 2001;12:148-152.4. Titianova EB, Pitknen K, Pkknen A, Sivenius J, Tarkka IM. Gaitcharacteristics and functional ambulation profile in patients withchronic unilateral stroke. Am J Phys Med Rehabil 2003;82:778-786.5. Yavuzer G, Kkdeveci A, Arasl T, Elhan A. Rehabilitation of strokepatients: Clinical profile and functional outcome. Am J Phys MedRehabil 2001;80:250-255.6. Oken O, Yavuzer G. Spatio-temporal and kinematic asymmetry ratio insubgroups of patients with stroke. Eur J Phys Rehabil Med 2008;44:127-1327. Kim CM, Eng JJ. Symmetry in vertical ground reaction force isaccompanied by symmetry in temporal but not distance variables ofgait in persons with stroke. Gait Posture 2003;18:23-28.8. Balasubramanian CK, Bowden MG, Neptune RR, Kautz SA. Relationshipbetween step length asymmetry and walking performance insubjects with chronic hemiparesis. Arch Phys Med Rehabil 2007;88:43-49.9. Nadeau S, Arsenault AG, Gravel D, Bourbonnais D. Analysis of theclinical factors determining natural and maximal gait speeds in adultswith a stroke. Am J Phys Med Rehabil 1999;78:123-130.10. Quervain IA, Simon SR, Leurgans S, Pease WS, McAllister D, Ohio C. Gait pattern in the early recovery period after stroke. J Bone Joint Surg1996;78:1506-1514.11.Patterson KK, Parafianowicz I, Danells CJ, et al. Gait asymmetry incommunity-ambulating stroke survivors. Arch Phys Med RehabilQ9 2008;89:304-31012. Brandstater ME, deBruin H, Gowland C, Clarke BM. Hemiplegicgait: Analysis of temporal variables. Arch Phys Med Rehabil 1983;64:583-587.13. Balasubramanian CK, Bowden MG, Neptune RR, Kautz SA. Relationship between step length asymmetry and walking performance insubjects with chronic hemiparesis. Arch Phys Med Rehabil 2007;88:43-49.14.Gronley JK, Perry J. Gait analysis techniques. Rancho Los AmigosHospital gait laboratory. Phys Ther 1984;64:1831-1838.15. Yavuzer G, Oken O, Elhan A, Stam HJ. Repeatability of lower limbthree-dimensional kinematics in patients with stroke. Gait Posture2008;27:31-35.16. Milovanovi_c I, Popovi_c DB. Principal component analysis of gait kinematicsdata in acute and chronic stroke patients. Comput MathMethods Med 2012;2012:64974317. Trueblood PR, Walker JM, Perry J, Gronley JK. Pelvic exercise and gaitin hemiplegia. Phys Ther 1989;69:18-26.18.Williams G, Galna B, Morris ME, Olver J. Spatiotemporal deficits andkinematic classification of gait following a traumatic brain injury: Asystematic review. J Head Trauma Rehabil 2010;25:366-374.19. Bleyenheuft C, Cockx S, Caty G, Stoquart G, Lejeune T, Detrembleur C.The effect of botulinum toxin injections on gait control in spasticstroke patients presenting with a stiff-knee gait. Gait Posture 2009;30:168-172.20. Kinsella S, Moran K. Gait pattern categorization of stroke participantswith equinus deformity of the foot. Gait Posture 2008;27:144-151.21.Campanini I, Merlo A, Damiano B. A method to differentiate thecauses of stiff-knee gait in stroke patients. Gait Posture 2013;38:165-169.22.McGinley JL, Morris ME, Greenwood KM, Goldie PA, Olney SJ. Accuracyof clinical observations of push-off during gait after stroke. ArchPhys Med Rehabil 2006;87:779-785.23. Wagenaar RC, Beek WJ. Hemiplegic gait: A kinematic analysis usingwalking speed as a basis. J Biomech 1992;25:1007-1015.23. Polese JC, Teixeira-Salmela LF, Nascimento LR, et al. The effects ofwalking sticks on gait kinematics and kinetics with chronic strokesurvivors. Clin Biomech (Bristol, Avon) 2012;27:131-137.24. Roth EJ, Harvey RL. Rehabilitation of stroke syndromes. In:Braddom RL, ed. Physical Medicine and Rehabilitation. 2nd ed. Philadelphia,PA: WB Saunders; 2000, 1117-1163.25. Shao Q, Bassett DN, Manal K, Buchanan TS. An EMG-driven model to estimate muscle forces and joint moments in stroke patients. ComputBiol Med 2009;39:1083-1088.26 Pollock A, Baer G, Pomeroy VM, and Langhorne P, “Physiotherapy treatmentapproaches for the recovery of postural con-trol and lower limb functionfollowing stroke,” status and date: Edited (no change to conclusions), publishedin, vol. 21, 2007, pp. 395-410 27Kwakkel G. Impact of intensity of practice after stroke:issues for consideration.Disabil Rehabil,2006,28:823-830.28Conesa L, Costa , Morales E, Edwards DJ, Cortes M,et al. An observational report of intensive robotic and manual gait training in sub-acute stroke. J Neuroeng Rehabil. 2012,13;9-1329. Fritz S, Merlo-Rains A, Rivers E, Brandenburg B, Sweet J,et al. Feasibility of intensive mobility training to improve gait, balance, and mobility in persons with chronic neurological conditions: a case series. J Neurol Phys Ther. 2011 ,35(3):141-730冯娜娜，王强（通讯作者），李林，韩超。强化训练时间对脑卒中偏瘫患者步行功能恢复的影响，中华物理医学与康复杂志，2013，35（4）：290-29431Mirelman A, Patritti BL, Bonato P, Deutsch JE. Effects of virtual reality training on gait biomechanics of individuals. Gait &Posture ,2010,31: 43343732Moreira MC, de Amorim Lima AM, Ferraz KM, Benedetti Rodrigues MA.Use of virtual reality in gait recovery among post stroke patients a systematic literature review. Disabil Rehabil, 2013; 8(5): 35736233. Cho HY, Kim JS, Lee GC. Effects of motor imagery trainin