腰椎退行性疾病患者足底壓力研究進展*

梁明前，王紅

（暨南大學附屬第一醫院 康復科，廣東 廣州 510630）

全球每年有2.66 億人（3.63%）罹患腰椎退行性疾病（degenerative lumbar diseases, DLD），包括腰椎滑脫癥、腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation,LDH）、腰椎管狹窄癥（lumbar spinal stenosis, LSS）等，而低收入和中等收入國家的病例數是高收入國家的4倍[1]。該類疾病表現為不同程度的腰背疼痛、下肢放射痛、跛行，嚴重者常需要手術治療，導致生活質量下降。足底壓力分析系統可以獲得該類患者的足底壓力中心、各區域壓力峰值、分布等足底壓力參數，通過與正常人的足底壓力數據比較，或者縱向比較患者數據，從而判斷術后的步態恢復及康復干預的療效。本文旨在通過綜述DLD 患者手術治療后的足底壓力研究最新進展，進一步明確DLD 的術后步態恢復機制，為提高其術后康復干預效果提供理論基礎。

1 DLD 患者的異常步態

DLD 的運動異常特點是步行功能障礙和姿勢不穩定，即使在靜態的平衡中也普遍表現出較大的姿勢搖擺，尤其是前后方向的搖擺，似乎對平衡需求變化的適應性較差[2]。在生物力學上，由于踝關節周圍區域的轉動慣量較大，DLD 患者常采用踝關節策略來保持較低的擺動幅度，從而穩定姿勢；相反，當使用髖部策略時，上半身和下半身相對獨立，患者上半身和下半身的轉動慣量相對整體都有顯著的降低，容易導致步態功能障礙[3]。

DLD 在老年人中非常普遍,該類疾病可能由于椎管和神經根的壓迫或椎體和小關節的退行性變化而導致腰椎的活動范圍顯著縮小、引起背部疼痛并放射到下肢，從而導致健患側足底壓力不均衡、步行軌跡的變異程度大、步速減慢、步幅縮短等[1，4]。

許多老年人癥狀嚴重，持續惡化，日常生活明顯受到限制，且通過常規保守治療仍然無法解決，則需要通過手術治療[5]。然而，更令人關注的是，術后患者仍有腰痛及姿勢維持、步行功能障礙[6]，常需進行術后的專科康復治療。目前DLD 患者的療效評估多采用主觀性評價，如常用的視覺模擬評分法（visual analogue scale, VAS）、Oswestry功能障礙指數評分（Oswestry disability index, ODI）等。由于將生理、心理及行為本身作為混雜因素，結果不夠客觀精確，導致其在步態評估中的局限性[7]。相應的影像學檢查雖然能較好地顯示腰椎病變的形態學變化，卻不能有效反映其功能障礙[8]。需要開發標準方法來評估腰背部疾病手術后的步態，以更準確地指導康復[9]。

足底壓力是步態分析要素之一，是對步行時作用力與反作用力強度、方向、時間等因素的研究；而地面反作用力（ground reaction force, GRF）是步行動力學主要特征之一：正常步行時GRF 呈雙峰型，下肢承重能力降低或步行速度下降時，GRF 雙峰曲線降低或消失[10]。研究[11]發現，這類腰痛（low back pain, LBP）患者表現出姿勢穩定性不足、足底壓力分布異常。在行走時，由于腰腿疼痛和感覺減弱，可能表現出足底壓力中心（center of pressure, COP）的搖擺路徑在前后方向及內外側不同程度地擴大，健患側COP 呈非對稱性分布，步速、步幅、步頻和患側支撐時間呈減少趨勢[6，12]。另一方面，若軀體或足部相關部位出現病變，足底相關區域壓力峰值及其分布則會發生變化，這種改變往往較臨床癥狀、體征出現更早，有助于對疾病發展趨勢作出及時推斷，以便更好地對疾病進行康復介入和治療[13]。足底壓力分析研究[14]發現，上述患者的足底壓力分布與正常人比較有差異，特征性的足底壓力分布表明足底壓力分析或許可以成為了解DLD患者的一個合理的指標。

2 DLD 患者的足底壓力特征

一項研究[15]利用足底壓力測量系統對32 例下肢放射痛的腰椎間盤突出患者進行檢測，分析受試者足底各區域受力時間及足底各區域壓力峰值間的差異,發現疼痛明顯放射到一側下肢的LDH 患者，健、患足足底各區域壓力峰值與正常人比較，足底壓力分布均呈現一定的特征性改變：患足第4、5 跖骨及足跟外側區域的壓力峰值較健足明顯降低，患側足底各區域與地面接觸時間百分比低于健側和正常成人；ALEKSANDRA 等[3]以50 例LSS 患者和48 例對照為研究對象，通過對閉眼靜站時平衡反應參數的定量分析，評價靜態平衡，結果COP 各方向的路徑參數及偏移面積明顯大于對照組；SASAKI 等[16]研究32 例女性LSS 患者安靜站立時的COP 變化，結果表明，誘發神經源性間歇性跛行后COP 總路徑長度明顯增加。MOK 等[17]發現，LBP 患者使用髖關節控制姿勢的能力下降，轉而踝關節策略占主導，將身體姿勢搖擺限制在較小的區域和較低的運動速度。顯然，與對照組比較，患者COP 偏移的各參數值明顯更大，提示DLD可能導致姿勢控制的惡化，患者長期代償性的行為模式可能會嚴重影響平衡系統。

目前提供的足底壓力證據對研究DLD 的步態模式很有用，該類患者在運動時會出現步態上的變化，可表現為足底壓力的異常變化，部分學者將之稱為“姿勢代償”。腰椎間盤突出壓迫相關神經，引發嚴重的下腰痛，疼痛所致腰椎、骨盆空間位置異常及強迫姿勢和肌肉張力升高又會額外產生局部疼痛，而患者為避免運動時產生疼痛，會采取不對稱的姿勢負荷模式[11，18]，錯誤的運動模式進一步導致軟組織損傷及肌肉萎縮，加劇椎間盤退行性變，最終形成惡性循環[11]。根據這一變化，更能強調腰背部肌肉的訓練以及加強下肢運動的必要性，對患者的足底壓力分布進行定量評估，可以為DLD 的康復評估提供可靠的參考方案[12]。

由此可見，在評估該類患者時，足底壓力非對稱性的負荷模式可能反映全身性或局部性下肢病變，并且是椎間盤病變嚴重程度的“風向標”，能有效預測惡化風險及評估康復的治療效果[12，19]。

3 DLD 患者術后的足底壓力特征

3.1 術后足底壓力分布的變異性減少

PAO 等[20]的研究表明腰椎下段椎間盤病變患者術后下肢負荷存在差異，經過短期的康復干預后下肢負荷明顯改善，COP 軌跡的面積及變異性不斷減少，健患側趨于平衡。另一項研究[21]則發現單側下肢疼痛的LSS 老年患者的步態模式變異性明顯大于正常人，且減壓術后隨訪證實隨著ODI 評分、6 min 步行試驗分級提高，步態的變異性不斷減少，對稱性趨穩。TOOSIZADEH 等[9]檢索LSS 患者減壓術后步態變化相關研究，表明狹窄減壓治療后追蹤患者行走的對稱性、平穩性和規律性、軀干擺動得到改善，足部壓力沖量減少，術后隨訪1年，步態變異性明顯減少，且較術前更加接近健康人的步態變異性數據，表明足底壓力測量的相關參數可以成為術后長期隨訪的可靠指標。

長期以來腰背部疼痛、患肢的放射痛及錯誤的代償姿勢，導致軀干失協調、患肢承重能力受損[11]。盡管僵化的行為模式在手術治療后會有所改善，但仍可能會在較長一段時間內干擾平衡系統的正確反應[22]。對DLD 患者雙側足底壓力的動態檢測，發現健、患側肢體的足底壓力參數的變化均有一定的規律性可尋，通過比較術前、術后動態壓力各項參數的變化規律，可從生物力學角度分析和評定治療效果[21]。因此，嚴重的腰椎間盤疾病確實導致機體平衡障礙、足底壓力變異性升高等情況，通過手術改變腰椎的生物力學關系，或許可以減少姿勢平衡和足部負荷的干擾[23]。另外，術后的康復干預過程，足底壓力分布特征不斷變化[21]，基于這些信息，可通過改變鞋類、足矯形器、鍛煉方案和負重限制來不斷完善患者的康復管理方案，這種“定制式”策略非常符合術后患者的步態康復需求[24]。因此，DLD 患者在術后應該主動參與康復治療，包括訓練平衡、協調和神經肌肉控制[22]。

3.2 術后雙足COP 對稱性逐步改善

一項薈萃分析表明,平衡運動干預訓練顯著縮短動態下的COP 總搖擺路徑長度和前后路徑、內外側路徑長度。雙足站立測試同樣顯示平衡運動干預后總的和前后搖擺路徑長度的縮短[12]。另外，一項研究報道48 例經皮椎間孔鏡術后患者進行軀干肌的針對性運動康復，并追蹤患者的步態數據，發現康復運動組與對照組的左右支撐相比值較術前增大，且術后半年康復運動組的左右支撐相比值更接近1。COP 搖擺路徑的縮短及對稱性的趨穩提示術后結合康復訓練后姿勢控制的穩定性增強，雙足間達到相對平衡狀態，證實評估步態的對稱性來進行術后的康復追蹤實用性更強[25]。因此，術后的長期隨訪也需要類似足底壓力分析這種便捷、高效的跟蹤儀器，不斷反饋患者的步態信息，從而完善康復策略，精準鍛煉局部受損部位[19]。

然而，值得注意的是，由于早前的研究缺乏對LDH 患者術后早期姿勢平衡和足底壓力不對稱的探索，SIPKO 等[23]收集40 例LDH 患者手術前后3 d 的足壓數據，發現術后疼痛側和非疼痛側壓力負荷的明顯不對稱性程度較術前無差異，且非疼痛側的足部負荷更大；并得出術后短期并沒有改變足底壓力分布的不對稱性的結論。在BOUCHE 等[26]的研究中，與對照組比較，椎間盤突出患者在手術治療后維持姿勢平衡的能力仍然不足。根據LEINONEN 等[27]認為患者姿勢控制和本體感覺均受損，手術治療提高本體感覺，卻沒有即刻提高姿勢控制能力。但是值得肯定的是，手術后，該受試者迅速獲得良好的條件，以利用重新建立的本體感受功能。因此，如果不是因為保留了不正確的代償性運動模式和缺乏靶向治療來幫助鞏固正確的運動模式，應該在術后幾個月體現正常的姿勢穩定性[19，28]。

實際上，術后需要針對性的平衡姿勢訓練以及一定的恢復周期，足底壓力分析通過反映術后的姿勢平衡控制問題，可以更好地反饋到后期的評估與康復訓練當中[12]。這種術后對患者足底壓力的即時檢測與前面所述的“姿勢代償”理論相呼應，即手術的確改變了腰椎的生物力學關系，從而減少對姿勢平衡和足部負荷的干擾，然而術前代償性的不對稱姿勢控制模式在術后短期的延續效應（疼痛未完全緩解，腰骶部本體感受處于恢復階段，骨盆、腰椎的空間位置異常等所致）[23]，決定DLD 患者姿勢控制需要更多時間來恢復[29]。

3.3 術后COP 軌跡的各方向振幅減少

一項評估[11]嚴重癥狀的LDH 患者閉眼狀態下的COP 平均振幅、矢狀面COP 平均振幅和最大振幅均較健康成人高，具有統計學意義，表明DLD 患者的姿勢控制能力下降。且多項研究[11，30-31]均發現該類患者的矢狀面COP 振幅受顯著影響。不難理解，腰背部的疼痛往往會使軀體傾向于用踝關節維持平衡的策略以降低髖關節的轉動慣量對軀干的直接影響，COP 軌跡擴大的原因可能是使用髖關節策略維持平衡的能力有限[11]，踝關節具有更大的運動自由度,從而使矢狀位的運動方向增高更明顯[31]。

一項縱向研究[5]招募LDH 老年人70 例和健康老年人30 例，采用前后方向的COP 均方根值（RMS）對所有參與者進行平衡控制評估。試驗組在術前（基線）、術后3 個月、6 個月和12 個月進行評估，手術后VAS、ODI 評分明顯改善，術后COP 的均方根值較基線明顯減小，尤其是術后6 個月和12 個月，但仍明顯大于健康對照組。表明LDH 患者術后平衡控制、疼痛和功能活動均有改善。然而，從術后6 個月到12 個月，腰椎間盤突出癥患者的平衡控制仍然不如年齡匹配的健康成年人穩定。因此，DLD 患者在腰椎手術后需要進行康復干預，包括步態評估和術后步態訓練[12]。

研究分析[22]均表明，平衡運動干預后檢測DLD患者在閉眼及睜眼的情況下，總搖擺路徑長度/速度和前后方向的搖擺路徑長度/速度明顯縮短或下降。盡管在評估和測量方面存在一定的差異，但可以確定的是，平衡運動訓練使得傳出神經肌肉和感覺輸入功能改善，進而將姿勢搖擺限制在較小的區域及較穩定的軌跡，隨之減少對姿勢矯正的需求，證實適當的康復訓練對控制姿勢的有效性。

3.4 COP 與腰椎動力學及骨盆運動的關系

臨床研究者越來越側重于脊柱、骨盆及下肢的量化參數和空間三維變化特征的研究，進一步探討DLD發生的原因和客觀量化的臨床療效評價方法[32]。人在腰腿痛時會出現防衛性的反射，為增加自身的穩定性，人在步行時可能出現代償性的姿勢改變，從而造成腰椎曲度與骨盆、下肢姿勢關系的改變[33]。因此通過測量DLD 患者動力學步態參數、步行時空參數、步態模式來檢測其運動性能改善[9]。

SOLOMONOW-AVNON 等[33]構建COP 與腰椎動力學間的線性混合效應模型，證實COP 是冠狀位和矢狀位腰椎力矩參數的顯著預測因子，所有矢狀位及冠狀位的脊柱、骨盆的運動學和動力學以及軀干相關肌肉的運動都可受到COP 軌跡、GRF 2 處峰值的影響。腰椎力矩可以直接指示腰椎承受的負荷，因此可以通過COP 位移來確定需要控制的參數[34]。

一項研究[35]通過對腰椎管狹窄減壓術后經過2 周平衡干預訓練的患者步行中椎旁肌肉、股外側肌的檢測發現：①術前患者在癥狀誘發性步行后胸角（軀干前屈程度）、骨盆前傾角明顯增大，而減壓術后患者癥狀誘發性步行前后的胸角（軀干前屈程度）、骨盆前傾角均較術前變小；②椎旁肌肉激活減少，股外側肌激活增加，與患者的術后步速增加有很好的相關性。這可能是由于LSS 患者軀干前屈增大，黃韌帶得到伸展使得椎管變寬[36]，行走時軀干前屈是LSS 患者的一種適應性的姿勢調整，手術后椎旁肌肉激活減少，反映軀干直立狀態的恢復；股外側肌肉激活增加，對應步頻、步速和膝關節角度也增大，步態的變化與上述變化產生良好的對應關系。TAKAHASHI 等[37]檢測LSS 患者行走時硬膜外壓（82.8 mmHg）明顯高于正常受試者（34.2 mmHg），而LSS 患者腰椎屈曲度增大時硬膜外壓降低至36.8 mmHg。因此，脊柱俯屈程度可以反映LSS 患者的硬膜外壓力，從而判斷腰椎管狹窄的嚴重程度。

另外一項脊柱融合術后長達6 個月的隨訪研究[8]表明，在步態的立姿階段，患者的生活質量得到改善，無痛步行距離、步行速度、步長和最大髖部伸展量均有所增加。術后骨盆前傾和脊柱前傾度逐步降低，并與VAS 評分、ODI 評分呈正相關。然而，脊柱融合手術在提高了椎體穩定性的同時，也失去部分椎體階段的功能及限制軀干矢狀面的屈曲。可以看到，詳細的足底壓力和軀干ROM 評估有助于醫護人員對腰椎手術影響日常生活活動的進一步認識，并可能幫助臨床醫生預測和避免出現其他問題。

DLD 術后腰痛及姿勢維持、步行功能障礙未能即刻改善，常需進行術后的專科康復治療[6，38]。顯然，如果不了解姿勢損傷的原因，就很難制訂一個有效的康復方案來糾正平衡缺陷。以上研究表明，DLD 術后足底壓力分布變異性、COP 對稱性、COP 軌跡的各方向振幅的減少以及對腰椎動力學及骨盆運動的量化反應，證實各種足底壓力分析參數可用于檢測與神經紊亂和肌肉骨骼相關的步態障礙。但不同診斷的患者可能存在相似的姿勢損傷，導致足底壓力變化相似。具有相同病理特征的患者也可能因為姿勢損傷的不一致性，會出現不同的足底壓力分析結果[20]，未來的研究應朝此方向努力。最后值得注意的是，針對DLD 患者的生物力學測試不應取代全面的臨床檢查，而應作為輔助性的補充檢測手段[4]。