慢性非特異性腰痛三維步態分析的研究現狀

劉紅，侯美金，黃武杰，林榮，江征

1.福建中醫藥大學，a.康復醫學院，b.中醫骨傷及運動康復教育部重點實驗室，c.康復技術工程研究中心，福建福州市350000

腰痛是一種常見的肌肉骨骼疾病，發病率高達84%，且呈現逐年增多的趨勢[1-2]。相關研究顯示，隨著生活工作環境的改變以及社會節奏的加快，腰痛的發病率在2006年～2016年期間增加18%，是導致殘疾和衛生保健費用增加的主要原因[3]。國際上將腰痛分為三類[4]：特異性腰痛(specific low back pain,SLBP)、坐骨神經痛/神經根綜合征(sciatica/radicular syndrome)和非特異性腰痛(nonspecific low back pain,NLBP)。其中NLBP的病因不具有特異性，如心理因素、身體活動、機械性的手工操作和感覺異常等[5]。這種類型的腰痛約占初級保健機構所見腰痛的85%，其平均發病率為每年30～35次[6]；其中18.3%～23%為慢性非特異性腰痛(chronic non-specific low back pain,CNLBP)[2,7]。CNLBP是導致與就業相關殘疾的最常見原因，其長時間病假嚴重影響患者的生活質量和勞動能力，造成對工時和醫藥費的巨大浪費，給社會經濟帶來嚴重損失[8]。

近年來的研究表明，CNLBP會影響患者步態[9-10]，步態可以反映CNLBP患者肌肉骨骼的功能活動。目前三維步態分析已經被用于CNLBP的診斷、治療和康復[11]。已有研究從時空參數、運動學參數、動力學參數和表面肌電圖等方面對CNLBP患者的步態進行較為系統的研究，發現CNLBP患者在步行過程中出現髖關節和膝關節活動度下降和腰椎代償性運動，可能的原因是肌肉的異常運動模式[9,12-15]。

1 CNLBP的三維步態分析

1.1 時空參數

相關研究顯示[9,16]，與健康對照組相比，腰痛患者的步速較慢。Barzilay等[10]對比治療前CNLBP患者與正常對照組的數據，發現最為顯著的差異是步長。最新的臨床研究及綜述也指出[11,15]，與健康青年人相比，CNLBP患者常速行走時優勢側步長和足偏角均顯著大于非優勢側，足部的偏離被認為是慢性腰痛的潛在原因[17]。然而，足部偏離與腰痛之間的因果關系尚未得到驗證。

1.2 運動學參數

研究認為[18-19]，CNLBP患者在行走過程中，骨盆、髖關節和腰椎的旋轉振幅較低，而胸廓旋轉角的振幅與正常人相似。Laird等[20]認為，腰痛患者在髖-骨盆-腰椎區域運動速度較慢且運動范圍較小，通過更多的肌肉活動來加強髖-骨盆-腰椎區域，以減少髖關節和軀干的相對運動，使疼痛慢性化[21]。同時越來越多的研究者也考慮到腰椎-骨盆間的協調模式。協調模式有兩種類型：腰椎-骨盆同一方向移動為同相協調，反之為異相協調[11]。腰痛患者同相協調明顯強于異相協調，且同相協調多發生在額狀面[22-23]；而最近的一篇高質量研究認為矢狀面上有更多的同相協調[24]。

Müller等[9]發現，CNLBP患者在平地行走時，骨盆橫向旋轉明顯下降，著地時矢狀面骨盆傾斜度保持不變；而在不平坦的地面上行走時，著地時矢狀面骨盆傾斜度增加；同時還發現CNLBP患者不論是在平地還是不平坦的地面上行走時，與健康人相比，足著地時均顯示膝過伸。

Bagheri等[25]在一項探討核心穩定訓練對CNLBP患者步態中軀干-骨盆運動學影響的研究中，分別干預15例CNLBP患者和15例健康人，連續6周，結果發現，在核心穩定訓練之后，CNLBP患者步態期間的軀干骨盆在額狀面和橫截面的運動模式變異性增加，達到健康組的水平。研究者認為，在CNLBP患者的步態中，脊柱節段的運動學之間可能存在相關性，如較高的腰椎運動學變異性可能與較低的軀干-骨盆模式變異性相關。

1.3 動力學參數

步態是一項復雜的任務，需要協調各個關節的肌群活動與地面反作用力(ground reaction forces,GRF)來維持站立姿勢的平衡[26]。盡管腰痛是一個多因素的問題，但是一些研究者認為力學因素是最主要的因素[27]。相關研究認為[9,11,28]，CNLBP患者在行走中的地面反作用力較小，主要原因是患者在步態過程中，自選步行速度、步幅、步長和髖關節活動度均下降。這些步態改變可能是由于患者嘗試通過減少腳跟著地時的GRF、過度的肌肉活動、聯合運動來減輕疼痛；或者認為本體感受反饋改變的結果；或者是認為與CNLBP相關的心理因素的影響，如焦慮、恐懼回避等，因此改變機制尚不明確[29]。

Zahraee等[28]發現，CNLBP患者在蹬地過程中，施加在雙下肢的垂直力較小，且沒有不對稱性，這意味著力的減少同時發生在兩條腿上；另外，與正常對照組施加在雙下肢的力也無任何差異，同時也不存在不對稱指數之間的任何差異。根據以往的研究，垂直力減少可能是一種補償機制，以減輕腰背部疼痛。因此CNLBP患者垂直GRF降低可能是由于害怕施加推力，以及可能與髖膝的關節運動學有關。研究者認為CNLBP患者在行走期間不受任何限制，因此得出結論，力的不對稱性不能成為腰痛的原因。而國內最新研究認為[15]，青年CNLBP患者在常速行走時，雙側下肢負荷比健康人更加不對稱，且這種不對稱超出了功能性不對稱的范圍。在步態表現中，諸如肢體優勢、力量不平衡或肌肉激活模式等若干因素都會影響步態的對稱性。

根據生物力學的觀點，導致CNLBP的損傷包括步行期間的減震不足或過度足內翻和矢狀面阻塞(足踝、大腳趾屈伸活動度減少)[30]引起的脊柱負荷改變。而足底壓力測量是對足底壓力分布的生物力學測量，用以評估由下肢動力學鏈中異常的生物力學引起的結構變化。相關研究顯示[31]，CNLBP患者和無癥狀對照組在步行過程中足底的平均峰值壓力均位于前腳掌外側，然而，CNLBP患者的峰值壓力分布在左右足的不同區域，且平均峰值壓力分布規律與無癥狀對照組不一致，這種足底接觸的改變可能是為了規避疼痛或補償擺動前下肢活動受限。因此檢查足底壓力分布可以更好地了解改變脊柱負荷模式的異常下肢動力學，調整異常的足底壓力分布以管理異常的下肢力學，并通過步態訓練傳遞到脊柱。因此，步態分析和步態訓練被認為是評價和治療CNLBP患者的選擇之一。

2 CNLBP步態過程的表面肌電分析

在功能性任務中，肌肉對整體動態穩定性發揮著重要作用。而表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)提供了一種評估肌肉反應的有效方法，如檢測行走過程軀干肌肉活動的變化。sEMG記錄肌肉接受的神經電信號，通過電信號的振幅、激活時間等在一定程度上反映肌肉的活動狀態。

在一項對比無癥狀老年人和老年CNLBP患者以自選步速在平地行走時腹部和腰背部肌肉激活幅度的研究中[32]，除右豎脊肌外，CNLBP患者背伸肌的激活幅度明顯高于正常對照組，這說明背部局部穩定肌與整體穩定肌之間的協同作用；CNLBP組腹直肌下段激活程度較低，腹內斜肌更低。腹部肌群有兩種不同的活動模式，與腹直肌下段的持續激活相比，腹內斜肌表現出階段性的激活，這說明兩塊腹肌之間、腹內斜肌和背伸肌之間缺乏協同作用。

有研究顯示[33]，在自選步速下，CNLBP患者的部分軀干肌(下腹直肌、雙側多裂肌和腹外斜肌)激活幅度高于健康對照組，并認為CNLBP患者腰背部疼痛的嚴重程度與步態中激活程度較高的肌肉顯著相關；而雙側髂肋肌的激活水平變異性較低，盡管激活水平不高，并且活動振幅與疼痛之間無相關性。研究者認為，軀干運動控制的變化與腰背痛的嚴重程度有關，可能會改變這些肌肉的正常階段性激活模式，而不是普遍表現為激活水平的升高。van der Hulst等[34]認為，與正常對照組相比，慢性腰痛患者在整個步態周期中，腹直肌活性較高，沒有階段性的激活減少。Hanada等[32]認為，步態過程中正常對照組的下腹直肌和右腹內斜肌的激活程度明顯高于CNLBP組，而CNLBP組的左側豎脊肌和雙側多裂肌的激活程度明顯高于對照組。這些差異可能反映了疼痛嚴重程度與受試者年齡的差異。

Pakzad等[33]認為，與對照組相比，CNLBP患者的自選步速明顯較慢，這可能會導致肌肉活性降低。然而在大多數研究中，CNLBP患者的sEMG激活水平較高，且與步速無關，這被認為與步行期間疼痛加重和軀干肌肉過度激活有關。尚需進一步研究當步態的時空參數被控制時，腰背部的劇烈疼痛如何影響軀干肌肉活動。

當前的研究也為“保護策略”理論提供了一些支持，某些CNLBP患者在步態期間增加軀干肌肉激活，或者從階段性激活轉換緊張性激活，以限制軀干與骨盆之間的運動。由于協調受限，更多的同相協調和僵硬的髖關節和脊柱可能導致較慢的首選步速。而腰背痛患者出于對軀干肌的保護，在步態這種功能性任務中常常伴有背部和腹部的共同收縮[35]。

在CNLBP患者的sEMG分析方面，無論是最大收縮還是次最大收縮的標準化都不是解決方案，因此在臨床研究應首選非標準化的EMG振幅。由于對原始EMG值進行了分析，受試者之間的變異性沒有被最小化，從而阻礙了對肌肉和任務主要影響的解釋[36]。因此，未來需要更進一步的研究來確定受試者之間比較的最佳歸一化方法，以改進從步態中獲得的EMG數據的解釋[37]。

3 小結

雖然國內已經開始應用步態技術分析CNLBP患者的步態特征，但由于步態分析技術的專業性，并沒有全面展開。所以相對于國外而言，國內研究非常少，且涉及面窄，尚處于初期階段。同時，目前的研究多是針對CNLBP患者步態特征的橫斷面研究，臨床很少利用三維步態分析去客觀評估某一種治療方式對CNLBP患者療效的影響，未來關于CNLBP的研究可以在這方面展開，得出更多有益的結論來指導臨床。