青年慢性非特異性腰痛患者步態的時空和動力學參數特征

劉紅，黃武杰，李雅萍，江征★

（1.福建中醫藥大學康復醫學院，福建 福州；2.福建中醫藥大學中醫骨傷及運動康復教育部重點實驗室，福建 福州）

0 引言

慢性下腰痛（Chronic Low Back Pain，CLBP）是一種癥狀[1]，也是引發殘疾的最主要原因之一，在2007至2017年間，慢性下腰痛成為全年齡段致殘率（17.5%）最高的疾病[2]，且女性多于男性[3]。而最常見的一類腰痛是非特異性腰痛，約占90%[4]，其中持續3個月以上為慢性非特異性腰痛（Chronic Non-specific Low Back Pain，CNLBP）。隨著生活方式的改變，CNLBP影響各個年齡層，通常與久坐的職業息息相關[5]，呈現年輕化趨勢，嚴重影響了人們的工作生活，帶來了直接或間接的社會負擔。

近年來的研究表明，CNLBP會影響患者步態，步態可以反映CNLBP患者肌肉骨骼的功能活動[6,7]。目前三維步態分析（Three-dimensional Gait Analysis，3DGA）可詳細描述整個步態周期的時空參數（步速、步長、步幅等）、各個關節運動學（屈伸、內收外展、內外旋等）、關節動力學（地面反作用力、關節力矩和做功等），已經被用于CNLBP的診斷、治療和康復[8]。但已有的研究多是針對于老年CNLBP患者的步態模式研究[9]，對青年CNLBP患者步態模式關注較少。因此，本研究的目的是通過比較青年CNLBP患者與健康青年人步態的時空和動力學參數，探索青年CNLBP患者的步態特征，為青年CNLBP患者的診斷和康復提供參考。

1 資料與方法

1.1 倫理審查及臨床注冊

本研究方案經福建中醫藥大學附屬康復醫院倫理委員會審查通過（倫理委員會批準號：2018KY-013-02），并已完成中國臨床試驗注冊（臨床注冊號：ChiCTR1900022838）。

1.2 納入標準

1.2.1 青年CNLBP 患者

（1）符合2016年中國康復醫學會脊柱脊髓專業委員會專家組發布的《中國急/慢性非特異性腰背痛診療專家共識》中的診斷標準[10]：病程持續12 周以上，病因不明的、除脊柱特異性疾病及神經根性疼痛以外原因所引起的肋緣以下、臀橫紋以上及兩側腋中線之間區域內的疼痛與不適，伴或不伴大腿牽涉痛。

（2）年齡在20-29周歲之間；

（3）近7天腰部疼痛視覺模擬評分量表(visual analogue scale，VAS)評分平均分≥3分；

（4）能夠理解并完整填寫相關評分問卷；

（5）以患者自愿為原則，簽署知情同意書。

1.2.2 健康青年人

（1）年齡在20-29周歲之間；

（2）無腰痛史；

（3）了解試驗過程，自愿參與試驗并簽署知情同意書。

1.3 排除標準

（1）坐骨神經受壓，疼痛放射到膝蓋以下，伴有感覺異常；

（2）下肢肌肉運動功能障礙；

（3）急性椎間盤突出；

（4）既往有手術史或腰椎骨折史或下肢骨骼骨折史；

（5）患有神經系統疾病，如腦卒中、脊髓損傷、多發性硬化等；

（6）最近肌肉骨骼系統有損傷，如上肢、下肢、頭部、頸部和軀干的骨骼、肌肉、韌帶及軟組織結構受損等，可能干擾步態[11]；

（7）任何可能影響步態的臨床癥狀，如肌肉骨骼、神經系統、心肺系統的癥狀等[12]；

（8）膝關節和髖關節骨關節炎[13]；

（9）扁平足、踝關節不穩、足旋前過度、足大拇指及踝關節矢狀面運動受阻等[14]；

（10）最近無法解釋的體重減輕[15]；

（11）BMI超過 30 kg / m2[16]；

（12）患有危重病、凝血功能異常、皮膚病、嚴重內科疾病等不適宜針刺治療或長期堅持治療的患者；

（13）孕期婦女；

（14）不同意參加研究。

1.4 一般資料

本研究有22名青年志愿者自愿參與，均簽署知情同意書，其中青年CNLBP患者11名，健康青年人11名，2組患者的性別、年齡、身高、體重、BMI、優勢側比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。見表1。

表1 2 組一般資料比較（±s）

表1 2 組一般資料比較（±s）

男 女青年CNLBP組 11 23.55±2.50 3 8 1.66±0.07 61.55±12.23 22.25±2.92 11 4右/7雙側 29.24±23.10健康青年人組 11 23.27±1.76 3 8 1.68±0.05 58.36±3.5 20.59±1.96 11 / /組別 n 年齡（歲，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）性別 身高（m，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）體重（kg，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）BMI（kg/m2，images/BZ_44_1529_334_1547_351.png±s） 優勢側（右） 疼痛側 病程（月，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）

1.5 測試儀器及方法

1.5.1 放置熒光標記物

在受試者身上根據CAST下肢模型[17,18]及相關文獻[19]的位置要求放置好各部位的熒光標記物，部位包括雙側髂嵴最高點、雙側髂前上棘、雙側髂后上棘、雙側股骨大轉子、股骨內外上髁、內外踝最高點、第5趾骨頭背側緣、第2趾骨底背側緣、第1趾骨頭背側緣、足跟，用彈力繃帶固定大腿、小腿部位的熒光標記架（cluster）于雙下肢外側，作為運動過程中的動作追蹤點，共計40個點。

1.5.2 步態數據采集

所有數據都是采用3D光學運動捕捉系統（Qualisys，Gothenburg，Sweden）以100Hz的采樣頻率捕捉步態的時空參數和動力學參數。測試開始前先校準標定大地坐標系(global coordinate system，GCS，方向的確定采用國際通用的笛卡爾坐標系：前進方向為X軸，與地面垂直的方向為Z軸，垂直于X軸、Z軸所形成平面的方向為Y軸)及12部攝影機（Oqus700+）坐標位置后，再進行靜態、動態數據采集。步態數據采集前先讓受試者脫鞋襪熟悉走道后才開始記錄數據，要求受試者以自覺舒適的步態速度在嵌有兩塊測力臺（AMTI 400600，美國，采樣頻率1000Hz）的10m走道上行走，用于同步記錄動力學參數并自動確定步態周期。每次測試均采集5組有效的步態數據。

1.6 主要觀察指標

1.6.1 步態時空參數：步速、步寬、步長、步頻、支撐期時間、擺動期時間、步行周期、首次雙支撐期時間。

1.6.2 步態動力學參數：垂直方向的地面反作用力（Ground Reaction Force，GRF）最大值。

2 數據的處理與分析

2.1 數據處理

將采集好的三維步態數據在Qualisys軟件中進行預處理，接著將處理完畢的步態文件導出C3D文件格式，再導入仿真建模分析軟件（Visual 3D Professional V6，C-motion Inc，美國）進行骨骼動靜態模型的構建，然后進行模型計算分析，在步態相關參數計算前，先通過低通濾波（Butterworth，四階6 Hz）進行平滑處理，然后計算步態時空參數和動力學參數，將獲得的步態數據導出為MS EXCEL格式，采用數理統計法對實驗獲得的數據進行處理。

2.2 數據分析

采用SPSS 21.0統計軟件對測試獲得的數據進行描述和統計學處理，所有數據用±s表示。計量資料符合正態分布者，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗進行統計推斷；非正態分布者，組間比較采用兩獨立樣本秩和檢驗。以P＜0.05為差異統計學意義。

3 結果

表1顯示了青年CNLBP患者和對照組的基線數據。

表2顯示了青年CNLBP患者在步態周期中支撐期時長大于健康青年人，相比具有統計學差異（P＜0.05）；青年CNLBP患者出現首次雙支撐期的時間晚于健康青年人，相比具有統計學差異（P＜0.05）。

表2 健康青年人和青年CNLBP 患者時空參數結果比較（±s）

表2 健康青年人和青年CNLBP 患者時空參數結果比較（±s）

注:本表中所列t/Z值為組間比較的值，符合正態分布的為t 值，不符合正態分布的數據( * ) 為非參數檢驗得出的Z值。

參數 CNLBP患者 健康青年人 t/Z值 P 值步速(m/s) 1.23±0.14 1.30±0.10 -1.14 0.27步寬(m) 0.12±0.02 0.10±0.02 1.59 0.13步長(m) 0.64±0.05 0.64±0.05 -0.35 0.73步頻(step/min) 116.89±5.54 120.17±4.60 -1.44 0.17步長時間(s) 0.51±0.02 0.50±0.02 1.45 0.16支撐期時間(s) 0.62±0.04 0.59±0.03 2.28 0.03擺動期時間(s) 0.42±0.02 0.42±0.01 0.43 0.67步行周期(s) 1.02±0.06 1.00±0.04 0.80 0.43首次雙支撐期時間(s) 0.10±0.01 0.08±0.01 3.18 0.00

表3顯示了左右兩側垂直方向GRF最大值青年CNLBP患者小于健康青年人，相比具有統計學差異（P＜0.05）。

表3 健康青年人和青年CNLBP 患者動力學參數結果比較（±s）

表3 健康青年人和青年CNLBP 患者動力學參數結果比較（±s）

注:本表中所列t /Z 值為組間比較的值，符合正態分布的為t 值，不符合正態分布的數據( * ) 為非參數檢驗得出的Z值。

左 0.66±0.22 0.84±0.13 -2.53* 0.01右 0.66±0.21 0.78±0.09 -2.27 0.02參數 CNLBP患者 健康青年人 t/Z值 P 值垂直方向GRF最大值（N/kg）/

4 討論

4.1 青年慢性非特異性腰痛患者與健康青年人時空參數分析

一個完整的步態周期由支撐期和擺動期組成，其中支撐期包括首次雙支撐期、單支撐期、結束時的雙支撐期[20]。本研究顯示，患有CNLBP的青年人優勢側支撐時間更長，且出現首次雙支撐期的時間更晚。在本研究中，所有患者優勢側均為右側，雙側疼痛的患者右側痛甚。根據現有的研究結果，我們初步認為青年CNLBP患者因規避疼痛而增加優勢側支撐時長，減少擺動時長，使疼痛最小化。

相關研究顯示[6,13]，與健康對照組相比，腰痛患者的步速較低。在本研究中，青年CNLBP患者與健康青年人的步速相比，雖不具有統計學意義，但青年CNLBP患者的步速下降已初步顯示了與前人研究結果的一致性，未見差異有統計學意義可能是因為我們的研究主體相較于前人的研究主體較年輕且CNLBP病程較短。

4.2 青年慢性非特異性腰痛患者與健康青年人動力學參數分析

步行是一項復雜的任務，需要肌肉系統的協調，同時產生和維持各個關節周圍和地面的各種多向力，即地面反作用力（GRF），以保持站立姿勢的平衡[21]。相關研究認為[6,8,22]，CNLBP 患者在行走中的GRF相比正常人較小，這與我們當前的研究結果一致。在本研究中，青年CNLBP患者在行走過程中相較于正常人步速降低、出現首次雙支撐時間變晚，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來減輕疼痛，可能是一種補償機制，有待于進一步的研究。

5 結論

我們的研究結果表明，與年齡、性別匹配的無CNLBP青年人相比，青年CNLBP患者表現出了不同的步態模式。青年CNLBP患者優勢側支撐期變長、雙側GRF降低都與腰痛有關。從臨床角度來看，這些步態特征可能是肌肉力量變弱的表現，以此減慢步速，改變整體的步行能力。但本研究的樣本量有限，未來尚需要更多大樣本、多中心、設計科學、操作規范的高標準試驗進一步研究證明。