步態適應性訓練在腦卒中康復中應用的研究進展

鐘連超，魏鴻瞻，董心，彭曉靜，鄭潔皎

1.山東大學齊魯醫院，山東濟南市 250012；2.上海體育學院，上海市 200438；3.復旦大學附屬華東醫院，上海市 200040；4.上海市光華中西醫結合醫院，上海市200052

腦卒中是我國成年人致死、致殘的首位病因[1]。社會老齡化的發展，肥胖、吸煙和缺乏運動等不良生活習慣，都會增加腦卒中發病的可能[2]。預計2030 年我國腦血管病事件的發病率將比2010 年升高約50%[3]。腦卒中患者存在多種功能障礙，步行障礙是最常見的功能障礙之一，表現為患側腿蹬離地面時推力減弱，擺動相早期屈髖不足，中期足下垂、足內翻導致足部廓清障礙，常采用劃圈步態代償[4]。早期康復可使60%的患者恢復基本的步行功能[5]，但75%的患者報告在現實環境中步行困難[6]，行走速度和距離難以達到社區安全步行的要求[7]，主要原因是偏癱患者步態適應性下降，面對復雜環境無法做出相應的步態調整，如不能及時改變步態來躲避障礙物等[8-9]；這不僅導致患者跌倒、骨折的發生率增加，而且出現更高水平的焦慮、抑郁和恐懼情緒，對身體和心理造成嚴重不良影響[10-11]。

現代醫學基于生物-心理-社會的醫學模式，將殘疾作為社會性問題。步態適應性訓練(gait adaptability training,GAT)符合《國際功能、殘疾與健康分類》(International Classification of Functioning,Disability and Health,ICF)的理論框架[12]，強調個體、任務和環境之間的相互作用，在提高患者基本步行功能的同時，增強其平衡和步行信心，使其重新回歸社會。

當前物理治療實踐強調步行功能的恢復，多數側重于步行分解動作和直線步行練習，GAT沒有得到應有的重視。本文對GAT在腦卒中患者康復的臨床應用進行綜述，為臨床實踐提供參考。

1 步態適應性

近年來，步態適應性受到越來越多研究者的關注。針對不同任務和環境，步態適應性會產生不同組合，但缺乏統一的術語來描述。Balasubramanian 等[13]基于個體潛能和環境背景，從不同維度對步態適應性進行概括，包括跨越障礙、時間限制、認知雙任務、地形要求、環境要求、姿勢轉換、運動雙任務、身體負重和交通限制(注意力需求)9 個方面。簡單來說，步態適應性是指為了滿足任務目標和環境限制而調整步態，例如改變速度和方向以躲避障礙物，在不平坦的地形或雜亂的環境中調整步長、步頻、單側下肢支撐相和關節角度等步態參數，以確保足部放置與環境特征相適應[14-16]，保證步行的安全性和有效性。

Grillner 等[17]提出，中樞神經系統產生有意義的步行需要3個部分參與：雙下肢節律性往返運動的基本步行模式；適當的平衡控制；一定的運動控制適應能力，使步行根據任務目標和環境的變化進行調整。

人的基本步行模式通過脊髓中的中樞模式發生器(central pattern generator,CPG)控制，它能自動產生穩定振蕩，有序激活伸肌和屈肌交替收縮，激發肢體產生節律運動[18-19]。皮質脊髓束是人類主要的運動控制通路，能根據環境調整步行，對步行的精細控制十分必要[20]。當周圍環境和任務對步行要求更加精準時，皮質脊髓神經元的活動更加活躍，通過調整步速、步幅等步態參數，改變關節活動角度和身體重心，減少足部位置的變異性[21-25]，即步態適應性取決于皮質脊髓束的傳導。

腦卒中通常直接損傷皮質脊髓束、大腦白質和運動皮質等與步行相關的運動通路，患者在應對復雜環境時，步行適應能力下降，對步行的注意力需求增加[26]。GAT 可有效激活受損的大腦皮質運動區，改善大腦皮質重組，提高患者社區步行水平[27-28]。進行GAT 是偏癱患者恢復社區功能性步行必不可少的部分。

2 GAT

2.1 定義

GAT是指在特定情景下，根據任務變化改變步行模式，使步態與周圍環境相適應的訓練；通過變換地形(斜坡、草地)、光線、聲音和生活情景(人行道、醫院、購物中心、社區)等，控制環境因素，要求患者在完成跨越障礙、姿勢轉換、上下樓梯、負重或交談等任務的過程中不斷調節步速、步幅、跨步時間等[29]，確保足部放置與周圍環境相適應，并逐步增加環境限制和任務難度，以獲得接近正常的步行功能。

2.2 臨床評定

臨床上通常采用的功能性步行評定包括10米步行測試(10-Meter Walk Test,10MWT)、計時起立行走測試(Timed 'Up and Go'Test,TUGT)和Fugl-Meyer評定下肢部分等[15,30-31]。這些方法操作簡單易行，使用率較高，但受主觀因素影響較大，有一定局限性。

有研究者將三維運動捕捉系統與步態適應性任務相結合，測試患者踩踏目標或躲避障礙物的成功率[32-34]，或評估患者在面對不同任務(如跨越障礙、轉彎等)和環境(如不平坦的地形)時步態參數和關節角度的變化[33-35]，以定量評估步行功能。成功率的計算強調特定任務在步態適應性評估中的重要性，可以衡量GAT 的轉移和保留效果。van Ooijen 等[36]通過雙重任務Stroop 測試評估訓練后患者的注意力需求。以自我評估的方式衡量患者的自我效能感也十分重要，常用的有特定任務平衡信心量表(Activities-specific Balance Confidence Scale,ABC)和跌倒效能量表等[30,35,37]。

2.3 治療原則

GAT 應以評估為依據，明確患者是否具備基本的步行能力，以保證安全步行，防止跌倒；循序漸進、由易到難，根據患者表現逐漸增加任務難度和環境復雜程度；通過視覺、聽覺提示等對步行表現進行及時反饋，給予患者正向強化，以提高其信心和訓練積極性；同時注重關節活動度、肌力和平衡能力的整體訓練。

3 GAT在腦卒中康復中的應用

根據訓練所處環境不同，GAT分為真實環境下和模擬環境下訓練兩大類，模擬環境又分為簡單室內場景，以及基于虛擬現實或增強現實技術創造出的多模態場景。

3.1 真實環境

大多數腦卒中患者在醫院或標準化環境中進行康復訓練，這種可控環境下獲得的技能難以滿足在家庭和復雜外部環境中步行所需[38]。環境因素是決定患者社區活動、社會參與水平的關鍵。基于真實環境的GAT 是指患者在復雜多變的現實環境中，根據任務調整步態的訓練。

Park 等[39]對腦卒中患者在常規物理治療基礎上，行以現實環境為基礎的GAT 4 周，每周逐漸增加訓練環境和任務難度，包括在醫院附近平坦的地面步行；經人行橫道過馬路；在社區走斜坡并且躲避街道、樹木和建筑物；穿過一條包含人行道、停車場在內的路線到達購物中心，在購物中心里上下樓梯并推手推車步行；治療后患者10MWT、6MWT 和ABC 評分變化值高于對照組。朱經鎮等[40]發現，基于現實環境的GAT比常規步行訓練能更有效改善腦卒中患者的步行信心，有利于患者適應復雜環境，降低對跌倒的恐懼。Kim 等[41]發現，在真實環境中進行GAT 可能是改善慢性腦卒中患者步行功能，提高社會參與的有效方法。

基于現實環境的GAT 涵蓋日常生活具有挑戰性、跌倒風險的特定情景，有利于患者對復雜環境作出相應的步態調整，提高適應能力；成功的體驗也可以減少恐懼感，使平衡和步行信心得到改善。

3.2 模擬環境

3.2.1 簡單室內場景

簡單室內場景的GAT 是指在康復大廳或其他室內環境下進行、以具體任務為導向、不斷調整步態的步行訓練，如跨越障礙、姿勢轉換、上下樓梯、提物負重步行和倒走等[42]。該訓練以任務和患者為中心，通過募集病變周圍相鄰腦組織的功能重建和非損傷組織再生，誘導運動皮質適應性重組，加強對信息的判斷整合，重建神經系統對運動控制的有效支配[43-44]。該訓練基于高質量證據，對改善腦卒中患者下肢運動功能的推薦等級為A[45]。

Verma 等[46]在康復大廳設置不同的工作站，將上下樓梯、轉彎、撿拾物品、跨越障礙、負重步行、踩踏目標走等結合成一套以任務為導向的循環步行訓練，與接受神經發育療法治療的對照組相比，試驗組在功能步行分級(Functional Ambulation Classification,FAC)、6MWT 和步長對稱性上效果更好。Outermans等[47]發現，任務導向性步行訓練可以顯著提高患者6MWT和10MWT 表現。有研究顯示[48]，經12 周共6 h 任務導向的循環步態訓練，患者6MWT 距離平均變化值達到最小臨床重要差異的3 倍。Kwon 等[49]將任務導向與跑步機訓練相結合，通過調節跑步機的速度、方向、坡度和承重4 個變量及其不同組合，設置步行的不同任務，訓練4 周后，與常規跑步機訓練相比，接受任務導向跑步機訓練的患者，步幅、步頻、步速和患側單腿支撐時間等參數有更大改善，這種改善可持續到治療后至少8周。

簡單室內場景的任務導向性步行訓練通過設置外在具體的運動目標，與內在運動控制相結合[50]，可以改善患者步態參數，提高速度、耐力等步行指標，為社區步行奠定基礎。

3.2.2 多模態步行訓練

事物發生或存在的方式稱為模態[51]。視覺和聽覺是行走過程中重要的信息來源。視覺反饋可以糾正運動誤差，調整下肢運動軌跡，降低步態的空間變異性；節律性聽覺提示可以成功誘導運動控制與時間同步，糾正步態的時間不對稱性[52-54]。多模態步行訓練是指在視覺、聽覺、觸覺、本體覺等多重刺激融合的條件下，進行特定任務和情景的GAT，虛擬現實和增強現實等新技術的發展，為多模態步行訓練提供了可能，趣味性強，患者依從性高。

3.2.2.1 虛擬現實

虛擬現實技術通過計算機模擬，用戶借助頭盔顯示器、電腦顯示屏或投影屏幕等設備，通過視覺、聽覺、觸覺等與虛擬環境進行交互，獲得身臨其境的感覺[55]。沉浸性、交互性和構想性是其三大特點[56]。近年來，虛擬現實技術廣泛應用于腦卒中恢復期患者的步行訓練，取得良好效果[57]。

Darekar 等[58]發現，基于虛擬現實技術的GAT 在提高步速和應對環境挑戰方面有良好效果，有利于促進患者的社區功能性步行。Yang等[59]利用跑步機前的視覺屏幕、三維加速度圖形卡和三維聽覺輸出，共同創建虛擬現實的社區場景，通過屏幕中場景的變化和視覺、聽覺提示，完成各種任務，如過馬路、散步和躲避障礙等，與單純使用跑步機訓練相比，患者步行速度、社區步行時間、步行信心都有提高。Shema 等[60]發現，基于虛擬現實技術的GAT可以改善患者FAC。Mirelman等[61]將虛擬現實技術與下肢機器人相結合，受試者利用本體覺，在包含一系列目標的虛擬環境中，通過腳部運動操縱飛機完成任務練習，同時接受視覺、聽覺提示和仿真同步的高層次觸覺反饋，與僅提供低水平力反饋的機器人設備進行相同訓練相比，康復4 周后，試驗組步速、步行距離和社區FAC 有明顯提高，且治療效果在3 個月后隨訪中有所保留。采用功能性磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究發現，基于虛擬現實技術的多模態步態訓練可有效激活偏癱患者受累半球感覺運動皮質(sensorimotor cortex,SMC)和偏癱腿兩側輔助運動區[62-63]。

基于虛擬現實技術的GAT 不僅可以改善患者社區功能性步行，還可誘導皮質功能重組。

3.2.2.2 增強現實

增強現實技術使用智能手機或可穿戴設備等裝置，將計算機生成的虛擬圖像、場景、感官信息等融合疊加到現實場景中，提高用戶對真實世界的感知與理解[64]。增強現實技術的三大特點是虛實結合、三維注冊、實時交互[65]，近年來逐漸應用于腦卒中患者下肢步行功能的訓練。

Heeren 等[31]對恢復期腦卒中患者行基于增強現實技術與跑步機結合的智能GAT 10 次，該系統將計算機生成的復雜任務和環境投射到跑步機上，形成視覺、聽覺、本體覺等多重感官反饋，患者在與增強現實技術融合的真實場景，如沙灘、商店、街道中步行，同時完成不同任務，如避開水池、跨過柵欄、摘星星，撿金幣等，患者步行功能和身體活動水平有顯著改善，步行速度可以滿足社區步行要求[66]，患者在現實環境中跨越真正障礙的成功率提高。van Ooijen 等[36]發現，患者經過基于增強現實技術的GAT 后，現實環境中跨障成功率提高，表明訓練效果可以從虛擬環境有效轉移到真實環境，減少患者跌倒的發生；避障成功率與Stroop測試成功率的改善有很強相關性。對于腦卒中患者而言，跨越障礙物對注意力需求很高，需要定位精確，及時調整步態，同時考慮復雜環境所造成的干擾。基于增強現實技術的GAT 極大程度還原現實環境的復雜場景，有利于患者對不同環境的適應，訓練后僅需較少的注意力就可以成功避障。

虛擬現實和增強現實是緊密相關又截然不同的兩項技術，核心區別在于虛擬現實技術使患者完全沉浸于虛擬世界，訓練中進行的步態調整與真實世界分離；而基于增強現實技術的訓練中，足部放置與現實環境直接交互。兩者的共同優勢是創造出多模態、模擬現實生活的場景，使患者可以安全地訓練真實環境中可能存在風險的任務，如過馬路，增強趣味性，也節省了人力資源。現階段缺乏兩種訓練方式間的對比，需要高質量的臨床隨機對照試驗進一步探究兩種訓練方式對腦卒中患者下肢步行功能恢復的效果。

4 小結

GAT對腦卒中患者步行功能的益處已經得到證實，基于真實環境的訓練可以顯著提高患者的平衡和步行信心，室內簡單模擬環境下的步行訓練對偏癱患者步態參數和步行耐力等方面有效，虛擬現實和增強現實等技術的發展有助于營造一個多模態、貼近現實的訓練環境，憑借重復性強、安全性高、趣味性足等優勢，提高社區功能性步行，改善相關注意力需求。GAT符合ICF 的理念，不僅強調偏癱患者的身體結構與功能，也關注其心理狀態和社會參與水平，實現最大程度的功能恢復。

當前相關臨床試驗在設計上存在很多不足，如樣本量小，損傷部位和病程不一，缺乏統一的評估標準，訓練模式、時間和強度不一等。未來需要高質量、嚴謹的臨床試驗進一步探索，并且進一步驗證GAT 對患者的長期效果。相信隨著科技的發展，基于新興技術的GAT 將不斷完善，在腦卒中患者步行訓練中發揮更大作用。

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