FES輔助跑步機(jī)訓(xùn)練提高腦卒中下肢偏癱患者步行能力的研究*

馬啟壽, 廖燕錟△, 李中元, 陳美云, 鄭曉清

（1福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院, 福建福州 350003；2福建省康復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建福州 350003；3福建中醫(yī)藥大學(xué), 福建福州 350108）

腦卒中為成人失能的主要原因之一, 為了改善病患下肢失能情形, 目前已發(fā)展出各種密集性康復(fù)治療, 其中包括局限誘發(fā)運(yùn)動療法和任務(wù)導(dǎo)向治療, 已有廣泛性實(shí)證研究證明其療效。然而目前的較多努力都無法很好地解決運(yùn)動功能障礙導(dǎo)致的步行能力的降低, 以一種較為固定的異常模式步行, 僅靠單一康復(fù)手段難以糾正異常步態(tài)。功能性電刺激（Functional Electrical Stimulation,FES）通過步態(tài)傳感器（脛骨的傾角）檢測到的步態(tài)情況來控制刺激器的低頻脈沖輸出, 在患足起步時刺激踝背伸, 而在患足落地時停止電刺激, 以此控制患肢的足部運(yùn)動, 提高患側(cè)下肢的運(yùn)動功能[2]。跑步機(jī)訓(xùn)練也已經(jīng)被一些研究證明比步行訓(xùn)練更能夠提高速度、步長、穩(wěn)定性等步行能力[3]。因此本研究采用FES輔助跑步機(jī)訓(xùn)練, 觀察此訓(xùn)練方法對腦卒中患者步態(tài)時間參數(shù)、時相參數(shù)、關(guān)節(jié)活動角度、地面反作用力的變化情況, 為進(jìn)一步改善腦卒中偏癱患者步行能力提供臨床應(yīng)用與研究發(fā)展的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年6月～2020年6月期間在福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院腦病康復(fù)一至五區(qū)的住院患者共106例, 以隨機(jī)方式分成觀察組和對照組各53例。觀察組男32例, 女21例, 年齡58.95±7.35歲, 病程30.65±4.33天, 左側(cè)偏癱14例、右側(cè)偏癱39例, 腦出血20例、腦梗死33例, BrunnstromⅢ期35例、BrunnstromⅣ期18例；對照組男34例, 女19例, 年齡59.12±7.63歲, 病程31.55±4.70天, 左側(cè)偏癱17例、右側(cè)偏癱36例, 腦出血22例、腦梗死31例, BrunnstromⅢ期33例、BrunnstromⅣ期20例。兩組性別、年齡、病程等一般資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）, 具有可比性。經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)研究實(shí)施。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)①符合《中國腦血管疾病分類2015》的標(biāo)準(zhǔn)[4]；②首次發(fā)病, 且生命體征平穩(wěn), 處于恢復(fù)期；③單側(cè)肢體癱瘓, 需意識清楚、可以溝通；④偏癱下肢出現(xiàn)肌肉痙攣與協(xié)同動作表現(xiàn), Brunnstrom分期為Ⅲ期（含）以上[5]；⑤能獨(dú)立或在1人幫助或拄拐情況下步行超過10m；⑥無合并其他系統(tǒng)疾病與下肢被動關(guān)節(jié)活動度受限情形；⑦經(jīng)由研究成員解說研究目的及研究步驟, 患者知悉研究并且簽署知情同意書。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)①嚴(yán)重感覺損傷、失語癥及認(rèn)知問題、注意力問題、神經(jīng)生理嚴(yán)重?fù)p傷及其他骨骼肌肉問題或?qū)\縮；②曾被診斷有心肺血管疾病、關(guān)節(jié)炎或其他系統(tǒng)疾病者；③下肢關(guān)節(jié)有攣縮、畸形或有其他周邊神經(jīng)系統(tǒng)病變、疼痛情形者。

1.4 治療方法

1.4.1 基本康復(fù)訓(xùn)練 兩組均給予基本康復(fù)訓(xùn)練, 在治療師的指導(dǎo)下進(jìn)行良肢位擺放、床上翻身、橋式運(yùn)動、坐位平衡訓(xùn)練、站立平衡和步行訓(xùn)練。臥位訓(xùn)練：患肢做緩慢的、有節(jié)奏規(guī)律的、間隙停頓的下肢屈伸練習(xí)；髖膝踝屈曲位下做髖內(nèi)旋、外旋控制練習(xí)。最后做患肢屈曲內(nèi)收跨越中線、足底平放床面的練習(xí)。坐位訓(xùn)練：足底平放地面交替進(jìn)行踮腳跟和勾腳尖的動作；足底平行地面前后向滑動, 進(jìn)行膝關(guān)節(jié)屈伸練習(xí)。站立位訓(xùn)練：患者進(jìn)行10°～15°的膝關(guān)節(jié)控制訓(xùn)練、負(fù)重訓(xùn)練（單腿負(fù)重及重心轉(zhuǎn)移（前、后、左、右）, 步行訓(xùn)練時注意邁步姿勢（避免劃圈步態(tài)）以及注意兩腿交替頻率。約0.5～1小時/次, 每天1次, 每周5d, 共8周。

1.4.2 對照組在進(jìn)行基本康復(fù)訓(xùn)練的同時接受20min的跑步機(jī)訓(xùn)練, 以Borg疲勞指數(shù)來評估患者的活動狀態(tài), 過程中患者若表述有任何不適則立刻停止訓(xùn)練。

1.4.3 觀察組 在進(jìn)行跑步機(jī)訓(xùn)練的同時進(jìn)行基于正常行走模式的FES治療, 儀器采用LGT-233足下垂治療儀。按照機(jī)器設(shè)定的正常行走模式的刺激方式, 先在患者身上確定治療部位, 一個電極貼于腓骨小頭下方（腓總神經(jīng)出口處）, 一個電極貼于脛前肌, 把設(shè)備固定于小腿；選擇評估模式, 先讓患者完成坐站轉(zhuǎn)移起到設(shè)備校準(zhǔn)作用, 再讓患者走10米左右即可發(fā)送步態(tài)參數(shù)到步行模式了；進(jìn)入步行模式設(shè)置治療時間等參數(shù)：雙向?qū)ΨQ方波, 頻率60Hz, 脈寬0.2ms, 調(diào)節(jié)輸出強(qiáng)度, 在患者可以忍受的范圍內(nèi), 以患者出現(xiàn)踝背屈為度。完成所設(shè)定的參數(shù)后, 治療師保護(hù)下帶患者到跑步機(jī)上進(jìn)行步行訓(xùn)練。兩組訓(xùn)練均為20min/次, 每天1次, 每周5d, 共8周。

1.5 觀察指標(biāo) 應(yīng)用BSMART-D三維步態(tài)分析系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動功能評定。由系統(tǒng)自動生成患者步速、步頻、跨步長、步寬、患側(cè)下肢站立相百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比、最大髖關(guān)節(jié)屈伸角度、最大膝關(guān)節(jié)屈伸角度、最大踝關(guān)節(jié)背屈跖屈角度以及向前地面反作用力峰值和垂直地面反作用力峰值等參數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)時空參數(shù) 治療前, 兩組患者的步態(tài)時空參數(shù)（步速、步頻、跨步長和步寬）的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的步態(tài)時空參數(shù)（步速、步頻、跨步長和步寬）均較治療前有所改善（P＜0.05）, 且觀察組治療后的步態(tài)時空參數(shù)（步速、步頻、跨步長和步寬）顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時空參數(shù)對比（±s）

表1 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時空參數(shù)對比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對照組例數(shù)53 53時間治療前治療后治療前治療后步速（cm/s）33.65±6.22 60.13±7.30①②33.37±6.10 52.88±8.23①步頻（次/min）60.41±11.54 89.50±14.92①②59.44±10.96 79.23±12.79①跨步長（cm）49.73±8.92 73.56±11.60①②50.22±9.17 62.86±10.75①步寬（cm）22.64±3.87 18.55±2.76①②22.17±3.61 20.86±3.17①

2.2 步態(tài)時相參數(shù) 治療前, 兩組患者的步態(tài)時相參數(shù)（患側(cè)站立百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比）差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的患側(cè)站立百分比均較治療前增加, 健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比均較治療前下降（P＜0.05）, 且觀察組治療后的步態(tài)時相參數(shù)（患側(cè)站立百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比）均顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05）。見表2。

表2 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時相參數(shù)對比（±s）

表2 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時相參數(shù)對比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對照組例數(shù)53 53時間治療前治療后治療前治療后患側(cè)站立相百分比（%）61.26±8.19 69.83±10.27①②60.52±8.06 65.14±7.60①健側(cè)與患側(cè)站立相比值1.14±0.12 1.06±0.10①②1.16±0.13 1.11±0.11①雙站立相百分比（%）26.23±5.46 16.74±4.12①②26.59±5.84 23.42±4.88①患側(cè)站立相百分比（%）61.26±8.19 69.83±10.27①②60.52±8.06 65.14±7.60①

2.3 下肢關(guān)節(jié)最大活動角度與地面反作用力峰值 治療前, 兩組患者的下肢關(guān)節(jié)最大活動角度（患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)）、患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比和患側(cè)向前地面反作用力峰值占體重百分比的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的下肢關(guān)節(jié)最大活動角度（患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)）、患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比和患側(cè)向前地面反作用力峰值占體重百分比均較治療前增加（P＜0.05）, 且觀察組治療后下肢關(guān)節(jié)最大活動角度與地面反作用力峰值顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05）。見表3。

表3 兩組干預(yù)前后的下肢關(guān)節(jié)最大活動角度與地面反作用力峰值對比（±s）

表3 兩組干預(yù)前后的下肢關(guān)節(jié)最大活動角度與地面反作用力峰值對比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對照組例數(shù)53 53時間治療前治療后治療前治療后患側(cè)髖關(guān)節(jié)屈曲伸展活動度（°）26.71±5.66 35.40±7.42①②26.96±6.02 29.08±6.88①患側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲伸展活動度（°）34.61±6.70 49.89±9.45①②34.30±6.23 42.17±7.14①患側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈跖屈活動度（°）18.02±4.99 26.14±5.41①②18.43±5.10 23.20±7.17①患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比（%）88.07±15.51 108.47±20.39①②89.37±15.83 100.75±16.45①

3 討論

腦卒中下肢偏癱是由于發(fā)生腦部出血或缺血, 引起一系列病理變化, 造成大腦中樞神經(jīng)細(xì)胞壞死, 導(dǎo)致相應(yīng)受損區(qū)域不能有效調(diào)控軀體運(yùn)動感覺功能, 運(yùn)動系統(tǒng)失去了高位中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控, 使原始的、被抑制的、受到調(diào)節(jié)的皮層下中樞運(yùn)動反射開始亢進(jìn), 導(dǎo)致肢體肌群間協(xié)調(diào)紊亂、肌張力異常而產(chǎn)生下肢運(yùn)動障礙。

跑步機(jī)訓(xùn)練是一種接近日常生活動作模式的訓(xùn)練, 這種模式需要神經(jīng)、肌肉骨骼、和動作學(xué)習(xí)及動作控制系統(tǒng)的整合。研究證明, 跑步機(jī)訓(xùn)練對于卒中患者下肢偏癱功能的恢復(fù)確實(shí)有幫助, 跑步機(jī)訓(xùn)練重復(fù)性抬腿落腳的對稱協(xié)調(diào)的動作更能增加肌力、提高耐力, 幫助建立正確的行走模式。且跑步機(jī)兩側(cè)的扶桿可以給予一個保護(hù)支撐, 能夠改善步態(tài)穩(wěn)定性；還能提升長距離行走耐力[6]。根據(jù)動作學(xué)習(xí)理論, 重復(fù)并大量練習(xí)特定的動作或任務(wù)可改善動作技巧, 促進(jìn)動作之再學(xué)習(xí)。機(jī)器輔助治療可給予病患大量的動作技巧練習(xí), 藉由簡單、重復(fù)、刻板的動作和本體感覺回饋, 將每次動作過程中運(yùn)動學(xué)參數(shù)及感覺回饋形成短期記憶, 儲存在動作皮質(zhì)中。如此反復(fù)進(jìn)行練習(xí)并將動作知識儲存的過程, 可形成動作技巧并促進(jìn)感覺動作的再學(xué)習(xí)。機(jī)器輔助治療所提供的密集性復(fù)健治療可重塑動作皮質(zhì), 即使用性的腦重塑。根據(jù)海伯法（Hebbian rule）, 腦重塑指誘發(fā)突觸前與突觸后的神經(jīng)元同時興奮, 來增強(qiáng)突觸間連接。中樞神經(jīng)以兩種方式產(chǎn)生塑性：①依賴既存突觸的活化, 包括突觸后長時間增強(qiáng)、突觸后長時間抑制和突觸后興奮性改變。②突觸型態(tài)與塑性的改變, 包括樹突分支增加、增加軸突橫向網(wǎng)絡(luò)之?dāng)?shù)目和產(chǎn)生新的突觸連接。功能性磁振造影顯示, 經(jīng)由專一性的動作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)后, 運(yùn)動皮質(zhì)的活化模式會改變。此外, 重復(fù)、密集的練習(xí)可讓其動作相關(guān)之神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)活化, 加強(qiáng)患側(cè)動作功能的恢復(fù), 防止已習(xí)得的動作技巧消失[7]。雖然跑步機(jī)輔助治療已證實(shí)有療效[8]且治療方法方便、占用空間小, 但大多研究著重于下肢近端功能的改善, 針對遠(yuǎn)端功能且證據(jù)力層級較高的研究仍較少, 且已有文章表明雙重任務(wù)訓(xùn)練較單一任務(wù)訓(xùn)練, 能更好地改善腦卒中患者的步長、步頻、步幅、步行能力, 降低其跌倒的風(fēng)險, 且功能性電刺激結(jié)合其他訓(xùn)練, 療效顯著[9-10]。故本研究設(shè)計(jì)采用FES+跑步機(jī)訓(xùn)練的方式進(jìn)一步強(qiáng)化跑步機(jī)訓(xùn)練所帶來的益處。

功能性電刺激FES能夠重新募集肌肉中的神經(jīng)纖維, 重新調(diào)整大腦的興奮和抑制信號, 促進(jìn)大腦功能分區(qū)重塑, 從而改善或恢復(fù)被刺激肌肉或肌群的功能, 達(dá)到完成目標(biāo)指令的任務(wù)[11]。研究采用隨機(jī)控制試驗(yàn)并增加樣本數(shù), 以提升研究的效度。而在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上, 本研究采用三維步態(tài)分析以便客觀分析遠(yuǎn)端功能改善指標(biāo)。三維步態(tài)分析的定量評價對于骨科也有很大幫助, 對于病情的充分掌握和治療效果的評價有很大幫助。同時, 人體階段性三維分析可以客觀、精確地定量評價肢體運(yùn)動, 這對于矯形外科和手外科也是有很大的幫助的[12-13]。在康復(fù)科中, 定量的步態(tài)分析對于治療方案的確定同樣有著不可替代的作用, 它既對于殘肢殘存功能的評定、輔助診療、評定康復(fù)效果等方面有較大作用, 也可以作為訓(xùn)練的手段用于輔助步行訓(xùn)練[14-17]。本研究中, 觀察組治療后步速、跨步長、步頻均較對照組明顯增加, 步寬較對照組明顯減小, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合可以增大步幅, 增快步速, 增強(qiáng)步行穩(wěn)定性。本研究中, 觀察組治療后患側(cè)肢體站立相百分比增加, 且數(shù)值更接近正常水平, 說明該組患者患側(cè)肢體支撐能力明顯增強(qiáng)；另外觀察組治療后健側(cè)站立相與患側(cè)站立相的比值變小, 且更接近于數(shù)值1, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合干預(yù)后步態(tài)對稱性優(yōu)于單一跑步機(jī)訓(xùn)練, 同時也印證了FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合干預(yù)后步行速度（時空參數(shù)指標(biāo)之一）較單一跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)明顯提高。

測量下肢諸關(guān)節(jié)在步行中的角度變化是臨床步態(tài)分析的重要組成部分。通過分析髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸活動度的變化以及此變化同步行周期的對應(yīng)關(guān)系, 可以客觀評價步行中關(guān)節(jié)功能障礙的部位、程度和類型[18-19]。本研究中, 觀察組治療后髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸活動度均明顯優(yōu)于對照組, 提示與單一跑步機(jī)訓(xùn)練比較, FES和跑步機(jī)訓(xùn)練能更顯著提高偏癱側(cè)肢體髖、膝關(guān)節(jié)活動度, 從而使患側(cè)肢體具有更強(qiáng)的廓清能力。另外, 觀察組治療后垂直方向地面反作用力峰值變化明顯, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)后患側(cè)下肢承重能力明顯增強(qiáng)；觀察組治療后患側(cè)肢體向前地面反作用力峰值亦較治療前及對照組顯著提高, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)后可以獲得了較好的前進(jìn)推動力。目前認(rèn)為FES和跑步機(jī)訓(xùn)練協(xié)同治療機(jī)制主要包括：利用FES和跑步機(jī)訓(xùn)練可以增加或強(qiáng)迫誘發(fā)患側(cè)肢體的使用頻率。其中希望經(jīng)由FES以增加患側(cè)肢體肌肉本體感覺刺激信息的傳入, 而另外經(jīng)由受試者利用視覺回饋控制來維持跑步機(jī)訓(xùn)練, 也可以增進(jìn)其中樞感覺運(yùn)動神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)回路機(jī)轉(zhuǎn)能夠再次進(jìn)行活化作用, 以期獲得改善及穩(wěn)定步行的協(xié)調(diào)能力。

綜上所述, FES和跑步機(jī)訓(xùn)練協(xié)同干預(yù)可以改善腦卒中偏癱患者的行走動作協(xié)調(diào)性、提高步行速度, 值得臨床推廣。誠然, 本研究還存在著一些局限性, 樣本量小, 不能為研究結(jié)論提升可靠性, 在未來的研究中, 我們將考慮與其他研究機(jī)構(gòu)、臨床醫(yī)院進(jìn)行合作, 設(shè)計(jì)多中心、大樣本的隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)；此外, 缺乏隨訪, 囿于就診患者的流動性, 例如有些患者是異地就醫(yī), 療程結(jié)束后就返回原省份居住, 以及電話隨訪的低配合以及高失訪率, 我們無法對患者進(jìn)行一個有效的隨訪, 來探討FES+跑步機(jī)聯(lián)合干預(yù)的療效持續(xù)時間。目前尚且沒有一個確切的參數(shù)對FES進(jìn)行限定, 在未來的研究中研究團(tuán)隊(duì)將會往這一方面著手, 完善FES的具體參數(shù)標(biāo)準(zhǔn), 以及對不同聯(lián)合治療手段的療效進(jìn)行評估驗(yàn)證。