腰椎間盤突出癥患者步態特征的研究進展

焦青川，龔劍秋，2★

（1. 紹興文理學院醫學院，浙江 紹興 312000 ；2. 紹興文理學院附屬第一醫院，紹興市人民醫院康復醫學中心，浙江 紹興 312000）

腰椎間盤突出癥（Lumbar Disc Herniation，LDH）是最常見的腰椎退行性疾病之一，它對人們的工作、日常生活和生活質量有很大的影響，保守治療無效或癥狀嚴重者通常需要手術治療[1]。LDH 患者常以腰腿疼痛為主訴就診，且通常伴發姿勢維持和步行功能障礙等一系列問題，對患者生活及工作造成困擾[2]。近年來，針對LDH 患者步態問題的研究逐漸得到了廣泛的關注，本文主要對國內外在LDH 患者步態這一研究領域的研究現狀進行系統歸納和總結，探討研究熱點與前景。

1 LDH 步態研究現狀

1.1 運動學特征

針對LDH 患者運動學特征的步態分析，通常使用時空參數，主要包括單支撐相時間、雙支撐相時間、擺動相時間、步長、步幅、步頻、步速等。有研究顯示，LDH 患者步態通常表現為整個步行周期延長，患肢支撐相延長、擺動期相對縮短，步行速度變慢等特征[3]。其中步速是目前公認的步行能力綜合評價指標，LDH 患者的步速較健康個體降低約40%，同時步速和日常生活活動能力、平衡功能及下肢的運動功能均呈高度相關性[2]。Barzilay 的研究也發現，當患者被要求增加步速時，他們傾向于增加步頻而不是步長[4]。這種短步長、高步頻的步態模式被認為是一種保護機制，因為患者試圖避免髖關節和脊柱的廣泛運動，并通過減少作用在軀干上的力和力矩來減輕腰痛[5]。Barzilay 等對患者進行為期6 個月的步態糾正訓練后發現，治療前后步速改善最為明顯(10.6%)，其次是步長(5.6%)，患者錯誤的步態得到糾正的同時伴隨著疼痛的緩解和功能的改善[4]。部分研究還發現LDH 患者步態的時間參數與Oswestry 功能障礙指數（The Oswestry Disability Index，ODI）、視覺模擬評分法(Visual Analogue Scale，VAS) 評分均具有高度相關性[5-6]。綜上所述，臨床工作中可以結合步態的時空參數與腰痛功能障礙評估量表對治療手段的有效性進行評估。針對關節運動學的步態分析發現，LDH患者步行時在關節角度上存在差異。國內的一項研究發現[6]，LDH 患者雙側髖關節與膝關節的屈伸活動范圍較健康人均減小，這與Kuai 等人的研究結果相一致[2]，且日本骨科協會評估治療分數（Japanese Orthopaedic Association Scores，JOA）、ODI 評 分、VAS 評分與患者的髖關節屈伸活動范圍具有相關性，但與患者膝關節屈伸活動范圍無明顯相關。考慮可能是疼痛限制了髖關節活動度，導致膝關節活動度相應降低。髖關節的屈伸對于提高步長有著重要的作用，因此LDH 患者的步長也相應出現下降。而短步長，高步頻是一種較為低效的步行模式[7]。因此步行訓練可以針對性地改善髖關節的活動度、提高步速及步長。Huang 等[8]的研究發現，部分LDH 患者會通過增加骨盆旋轉來代償髖關節活動度受限，以維持步長。Kuai 等[2]的研究也表明，在水平行走時LDH 患者骨盆旋轉明顯多于健康對照組，而腰椎矢狀面的活動度則明顯減少。骨盆的這種異常表現被認為是一種自我保護機制，是為了減少脊柱的活動度，減輕疼痛[9]。

1.2 動力學特征

與運動學參數相比，動力學參數更能反映LDH患者的下肢力量以及發生腰痛的原因。然而由于動力學數據量龐大且復雜，往往需要專業理論來描述和解釋，目前針對關節動力學參數( 地面反作用力、關節力矩和做功等) 的研究相對較少，因此部分學者提出了通過步態質量評分指數使步態動力學參數的變化顯得更加直觀。目前常用的指數主要有吉列步態指數( Gillette Gait Index ，CGI )、步態偏離指數(Gait Deviation Index，GDI)、步態輪廓評分(Gait Profile Score，GPS) 等。相較于CGI 和GDI，GPS 的優勢在于不僅能評估整體的步態運動學質量，還可以分析單個關節在單個平面的變量分數，而且不需要大樣本的對照數據[10]。往往GPS 越高代表步態質量越差，因此可以針對性地對相應關節進行處理。目前CPS 已被廣泛應用于評估神經系統疾病的步態質量[11]。目前臨床上尚未見應用GPS 評分對LDH 患者步態的動力學研究，未來圍繞CPS 與LDH 患者步態的相關性研究可能會是一個新方向。

1.3 表面肌電評估現狀

表面肌電圖(Surface Electromyographic， sEMG)在反映神經肌肉的功能上表現出較高的敏感性，在神經根損害引起相應節段的肌肉功能受損時，通過sEMG 檢測可以反映肌肉的實時募集能力和狀態，目前被認為是反映肌肉生理變化最合適的參數[12]。均方根值(Root-In-Square，RMS) 是sEMG 的時域指標之一，通常被用來評估局部肌肉收縮功能；而頻域指標中位頻率(Median Frequency， MF) 則通常被用于局部肌肉耐力的評估[13]。LDH 患者腰背部肌肉通常會出現活動減少和易疲勞[14]、屈曲放松現象消失[15]、肌肉招募順序的變化[16]以及結構和形態的改變[17]等問題。一些以椎旁肌為重點的研究觀察到，在LDH 患者進行俯臥位固定等長收縮期間，軀干向后彎曲時腰椎多裂肌更易出現疲勞，從而可出現MF值降低的情況[18]。目前，多裂肌已被公認為是對維持機體穩定性有著重要作用的核心肌群之一[19]。同時，肌肉協同收縮在步行模式中起著重要的作用[20]。研究表明，高水平的共收縮會增加能量消耗，易導致肌肉產生疲勞[18]。因此，在研究LDH 患者步態的過程中，除研究特定肌肉的活動外，還需關注主動肌和拮抗肌之間的共收縮問題，這有助于理解步行過程中的神經肌肉控制原理。有研究顯示，LDH 患者腰區前后拮抗肌間的協同收縮更大，肌肉協調不充分[21]。針對LDH 患者下肢功能的研究也發現下肢肌肉共收縮增加，關節活動度下降，表現為代償姿勢控制能力和本體感覺的降低[22]。Wang 等[22]研究記錄了34 例LDH 患者和健康對照組行走過程中雙下肢股直肌、股二頭肌長頭、脛前肌和腓腸肌外側頭的肌肉活動情況，結果顯示，LDH 患者的股二頭肌長頭sEMG 的RMS 在單支撐相、雙支撐相和擺動相顯著升高，單支撐相股直肌的MF 值降低，擺動相脛前肌和腓腸肌外側頭的MF 值降低。此外，LDH 患者的脛前肌-腓腸肌外側頭共收縮率明顯高于健康對照組。說明LDH 患者行走過程中下肢特定階段的股二頭肌長頭放電頻率增加，運動單位募集不足；其功能障礙與行走過程中脛前肌- 腓腸肌外側頭的過度共收縮有關。而針對多裂肌、腹直肌等核心肌群在步態周期各個時相的肌肉激活時序及共收縮方面的研究可能有利于進一步揭示LDH 患者臨床癥狀與肌肉的內在相關性，但關于核心肌群的表面肌電特征在步態周期中變化的研究目前相對較少。

2 LDH 術后步態功能的評估現狀

手術治療仍是癥狀嚴重的LDH 患者主要的治療手段，然而，部分患者術后仍可能存在腰痛、姿勢維持及步行功能障礙等問題[23]。Aizawa T 等[24]發現LDH患者在術后出現上述癥狀的概率約為5% ～40%。并且近20% 接受腰椎融合術和/ 或減壓手術的患者接受了二次手術[25]。目前臨床上常用ODI、VAS 等量表作為評估LDH 患者術后功能恢復的常用量表。然而，主觀測量容易受到固有偏差和個體差異的影響，加之患者對疼痛和功能的耐受域值不一，導致結果不夠客觀準確，故主觀量表在術后功能評估中的作用較為局限[26]。而相應的影像學檢查雖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[27]。因此，利用客觀、量化的評估來完善診斷和術后療效評估逐漸受到重視，尤其是在評估術后運動功能的改善方面。大量的研究已經證明，使用步態分析或者姿勢評估作為客觀的工具來檢測腰痛術后患者的功能問題具有較高的可靠性。

2.1 術后步態的變化及評估

對LDH 患者術后（L4/L5、L5/S1）步態的研究發現，術后步速與步頻較術前明顯改善，可能是手術解除了神經根壓迫使患者下肢疼痛得到緩解，神經肌肉功能得到恢復，提高了步行能力，并且患者踝關節在矢狀面上的關節活動度得到了改善[28]。而Ghahreman 等[29]的研究也發現，腰椎減壓術能改善由LDH 造成的踝關節背伸功能減弱。可見步態分析對腰椎減壓術后的評估是有意義的，可以通過步態分析對踝關節活動度進行監測，從而判斷手術是否有效地解除了神經根的壓迫。Ralph J 等[30]對L5/S1 椎間盤切除術的患者術前和術后持續3 個月的步態進行觀察發現，術后一個月患者步速及每日步數均明顯提高，但在術后第57 天，監測到患者的步速和每日步數下降，隨即進行MRI 檢查發現復發性椎間盤突出，進行了二次手術，患者在第二次手術后功能得到迅速恢復。步態分析客觀的數據結果可以幫助第一時間發現患者的病情變化，讓患者得到及時治療。筆者認為，客觀評估方法的進一步發展最終可能取代目前的主觀測量工具。

2.2 術后表面肌電的變化及評估

國內的臨床研究[31]對全椎板截骨再植手術的LDH 患者進行了術前及術后的表面肌電檢測分析，結果發現患者手術前后的MF 差異明顯；術后腓腸肌sEMG 的MF 和波幅較手術前均明顯提高，提示術后腓腸肌耐力得到改善。另有研究發現，接受經皮內鏡椎間盤切除術(Percutaneous Endoscopic Lumbar Discectomy，PELD) 的LDH 患 者，術后4 周豎脊肌的屈曲放松得到恢復、sEMG 的RMS 和腰椎屈曲活動度指標均明顯高于術前，提示PELD 有效地改善了患者腰背部的肌肉功能[32]。原因可能是PELD 減輕了機械壓力，使傳感器的靈敏度獲得重建，在脊柱韌帶、椎間盤和周圍肌肉之間重新形成了正常的韌帶肌肉反射[16]。可見，對LDH 患者應用PELD 可使椎旁神經功能恢復正常，可在腰椎屈伸運動中激活肌肉，改善關節活動度，減輕功能障礙。上述研究均對LDH 術后患者采用了sEMG 測定，操作簡單、便捷，并可對臨床療效進行量化評估，從而可有效指導患者的精準康復訓練。

3 小結

綜上所述，LDH 患者往往會出現步態異常的特征性表現，主要表現為步態運動學參數、動力學參數以及相關肌肉肌電信號的變化。LDH 術后患者腰痛及姿勢平衡、步行功能障礙短期內可以得到明顯改善，利用步態分析和表面肌電等客觀量化指標進行評估具有較高的可靠性和臨床指導價值。綜合各項研究結果，提示步態的評估可以作為LDH 患者臨床表現的參考量化指標，但相關生物力學測試并不能完全取代全面的體格檢查，應當作為輔助性的補充檢測手段。