基于經筋理論的腦卒中后下肢功能障礙生物力學研究進展*

林家宇 孫書勤

下肢功能障礙是腦卒中最常見后遺癥之一，研究顯示，63%的腦卒中患者在早期無法獨立行走[1]，且在接受臨床和康復治療后，仍有22%患者無法行走[2]。下肢功能障礙對日常生活活動有很大影響，如站立和行走，所以偏癱一側的下肢康復對卒中患者非常重要，了解下肢功能障礙的相關機制，對其進行生物力學研究有利于指導下肢康復治療。經筋理論是傳統中醫理論的重要組成部分，它對人體的運動力線進行了深入的總結和描述，反映了相關運動肌群的空間位置和功能特點。將傳統中醫學的經筋理論與現代生物力學理論相結合對腦卒中后偏癱的治療進展目前研究較少，對其進行深入分析，對于明確康復治療的重點、優化康復治療方案具有重要的意義。

1 淺談經筋

1.1 經筋的概念 經筋理論大約形成于戰國及秦漢之際[3]，早在《陰陽十一脈灸經》和《足臂十一脈灸經》中就提出“經絡”，但無經脈和絡脈的提法，是經筋的雛形[4]。在《說文解字》中，記載著古代人民對經筋生理功能的早期認知，后隨著古代醫家不斷積累前人經驗及在臨床中付諸實踐，經筋理論體系也在逐步完善，最終在以《靈樞·經筋》為主的篇文中得以呈現。張介賓曾日：“愚按十二經脈之外而復有所謂經筋者，何也?蓋經脈營行表里，故出入臟腑，以次相傳?！彼且粋€由十二經脈和附著在十二經脈上的筋骨之氣濡養的系統，并有“筋與脈并為系”之說。

1.2 經筋的作用 十二經筋具有連接全身，保持人體一定形態的功能，它與經脈相輔相成，將人體構成一個有機的整體。其次，經筋具有約束保護骨骼、維持關節活動，以及配合骨骼起到維持人體站立和運動的功能，即“宗筋主束骨而利機關也”。此外，十二經筋及其相應的筋肉組織充盈于肌表與臟腑之間，亦能固護肌表、抵御外邪，來保護內臟、經絡及全身的組織和器官，起到衛外護內的作用。

1.3 十二經筋與十二生物力線 現代醫學認為，人體的每項運動，都不是由單塊肌肉來完成的，而是由一條主動肌肉同時傳遞和收縮，這些肌肉的起始點連接在一起，形成一條運動力線，這與《靈樞·經筋》中所描述的十二經筋從四肢末到頭身的整體描述是一致的，也符合薛立功等[5]的研究所發現：十二經筋是古人運用當時解剖學知識，用當時的醫學術語，以十二條運動力線為綱，對人體韌帶學、肌學及其附屬組織生理和病理規律的概括和總結。就人體的功能作用而言，經筋系統可以相當于現代醫學之運動系統的力線，因此，基于經筋理論，對腦卒中偏癱患者進行下肢生物力學研究有重要意義。

2 以經筋理論指導腦卒中后偏癱康復治療的理論依據

腦卒中后所致的運動障礙則與經筋所司的運動功能密切相關。經筋的臨床證候多為經筋受外邪、外力受傷、機體應力病變、經筋體系自身疼痛反射、肌筋膜牽引等作用下，所產生經筋病變的臨床表現?！鹅`樞·經筋》有言曰，“經筋之病，寒則反折筋急，熱則筋弛縱不收，陰痿不用。陽急則反折，陰急則俯不伸。”古文所謂“經筋之病”，是指各經筋所經之處出現病變所表現的外周病候和臟腑危癥。經筋之病癥候表現主要有兩類，一類為筋急，其臨床表現為經筋組織出現強直、扭轉、痙攣等；一類為筋縱，以經筋、肌肉組織松弛、肢體萎廢等為臨床表現，這與腦卒中偏癱許多癥狀相吻合?！毒霸廊珪吩啤胺卜秋L口眼歪斜，半身不遂，及四肢無力，掉搖拘攣之屬，皆筋骨之病也”，也指出腦卒中后偏癱也歸屬于“經筋病”范疇之內，是經筋損傷的表現。

3 以現代生物力學方法對經筋理論指導腦卒中后康復治療進行評估

目前中西醫結合康復訓練在康復治療中廣泛應用，以經筋理論指導臨床康復治療也取得了良好的效果，但是經筋理論臨床應用療效評價機制欠缺，需要一種現代醫學的評價方法對其進行評估及對其內在機制進行進一步研究。隨著表面肌電、逆向動力學等現代科學技術研究的發展，步態的研究從借助肉眼觀察的定性分析，到生物力學的定量分析，越來越重視下肢的精細化定量分析，這能為經筋理論指導臨床康復治療提供更加精確的量化數據依據，對揭示其內在機制，歸納此類生物力學規律有重要意義[6]?；诮浗罾碚?，對腦卒中偏癱患者進行下肢生物力學研究可以從運動學機制、動力學機制和肌電學機制來進行評估和闡述[7]。

3.1 運動學機制 近些年來，國內外研究表明，腦卒中患者偏癱步態運動學機制包括時間及空間特征的異常。文獻[8]顯示，腦卒中偏癱患者與健康人相比較，在前者中，雙側單足支撐期和擺動期都明顯短于健康人，而雙側支撐期和步態周期都明顯長于正常行走。步長、步速、步寬、步頻等步態基本時間參數，在腦卒中偏癱患者中也出現特征性改變[9]。一些先前研究結果也表明偏癱患者的步寬加大，步長、步幅縮短，步頻、步速降低[10-11]。Carmo 等[12]選擇14 例腦卒中偏癱患者作為試驗組，7 例正常健康中老年人作為對照組，研究受試者步行時髖、膝、踝關節在三個運動平面（矢狀面、冠狀面和橫截面）的最大、最小和平均運動范圍及連續角度變量。結果提示受影響的下肢的空間參數存在明顯的運動學差異，其主要改變是：踝關節、膝關節和髖關節的屈/伸運動量減少，髖關節和膝關節的屈曲角度降低，髖關節外展角度增大。毛玉瑢等[13]選擇20 例腦卒中偏癱患者，16 例正常健康中老年人，在擺動階段和站立階段，選取髖關節、膝關節和踝關節矢狀面的屈伸峰值作為空間參數的指標，該研究結果顯示，偏癱患者髖關節伸展、膝關節屈曲及踝關節背伸和跖屈明顯受限。此外，徐光青等[14]研究也有相同發現。以上研究表明腦卒中偏癱患者步行時步態具有不穩定、步速較慢、左右下肢關節運動角度和步態參數的不對稱及耗能的增加等特征[15]。

3.2 動力學機制

3.2.1 肌無力 研究表明，主動肌無力是導致腦卒中患者下肢功能障礙的重要因素[16-18]。Souissi 等[19]對9 例腦卒中偏癱患者和9 例健康人進行運動學、動力學和肌電圖測量，利用逆向動力學，通過肌電圖驅動模型完成對下肢肌肉力量的評估。結果顯示與健康對照組相比，患側下肢在制動和推進階段由足底屈肌和股四頭肌產生的肌力較低，但在推進階段由膝屈肌產生的肌力較高；而健側下肢在推進階段膝屈肌和股四頭肌及擺動階段足底屈肌產生的肌力更大。這與先前Higginson 等[20]研究結果相似，說明偏癱患者步行過程中，患側足底屈肌和股四頭肌肌力減弱，健側的肌肉顯示出代償性的力量增加以促進負重，并適當地向前調整重心，這是機體的一種補償策略。Sekiguchi 等[21]與Cheng 等[22]研究也發現腦卒中患者偏癱側脛骨前肌肌電活動明顯減少，然而，健側的脛骨前肌和股四頭肌的肌電振幅顯著升高。該研究表明，腦卒中偏癱患者在行走過程中，患側肌肉力量減弱，特別是患側脛骨前肌肌力較弱，健側肌肉代償性激活來協助完成步行，防止跌倒。

3.2.2 肌肉痙攣 痙攣是肌張力亢進的一種特殊形式，是一種運動障礙，通常是由于肢體被動屈伸運動時牽拉反射的興奮性增加而引起的，即被動運動時阻力過大。Urban 等[23]對腦卒中后痙攣的發生率做了一項前瞻性研究，對301 例腦卒中患者，在急性期和6 個月后這兩個時間段，對肌肉張力的程度和模式、Barthel 指數和歐洲五維健康量表（EQ-5D）評分進行評估。研究結果發現，在卒中后6 個月痙攣發生率為42.6%。研究表明，腦卒中對步態表現最重要的直接損傷除肌肉力量減弱外，還有在發病幾周后，可能出現兩種進一步的損害，即痙攣和肌肉機械性能的改變導致肌肉群的異常伸展性。孫棟等[24]選取26 例腦卒中恢復期患者進行膝關節伸、屈肌群最大隨意等長收縮（maximum voluntary isometric contraction，MIVC）時，測量股直肌、股二頭肌表面肌電信號，計算積分肌電值（integrated EMG，IEMG）。IEMG 值是肌肉收縮時運動單元在單位時間內總放電量，可以用來反映實時肌肉狀態[25]。結果顯示，MIVC 狀態下，膝伸展時主動肌健側IEMG 大于患側，拮抗肌健、患側IEMG 相比無顯著差異。膝屈曲時，其主動肌健側IEMG 大于患側，拮抗肌患側IEMG 也大于健側。研究表明，肌肉張力大小與神經肌肉的聚集量有關，肌肉收縮時肌肉纖維越多，激活的運動單元放電總量越大，痙攣越明顯。處于恢復期的腦卒中患者仍存在下肢伸肌群痙攣，考慮下肢肌肉痙攣是由于肌肉過度激活引起的。

3.2.3 肌肉間協調性異常 步行需要肌肉協調以支撐身體，保持平衡，中樞神經系統可根據具體的需求來調節肌肉協調性。這種協同作用對于在功能性活動（如步行）期間提供最佳關節穩定性、良好的運動精度和能量效率非常重要。共同收縮參數便是一項能夠反映出這種肌肉間協調性的指標[26]。Chow等[27]對腦卒中患者在行走過程中脛骨前肌—內側腓腸肌的共同收縮指數（coactivation index，COI）進行了計算和分析，研究發現健側和患側COI 在整個支撐相、雙支撐相階段均明顯高于正常人群，終末雙支撐相期患側COI 值明顯高于正常人群，研究表明偏癱患者患側肌肉存在協調性異常，COI 的增加是為了代償患者平衡能力和跖屈肌力量的缺失。這一研究結果與先前Kitatani 等[28]研究結果相似。

竇祖林等[29]選擇18 例慢性腦卒中患者和18例健康人作為研究對象，利用表面肌電圖記錄受試者下肢主動膝關節屈伸運動時下肢肌肉表面肌電信號，并將運動過程中及最大等長收縮運動時均方根值（root mean square，RMS）標準化算得標準化均方根值（standard root mean square，stRMS）用于評估肌肉激活相對水平，同時計算協同收縮率（cocontraction ratio，CR）。結果顯示，伸膝時，患者組偏癱側股直肌的stRMS 比健側和對照組顯著升高，且該肌肉失去正常收縮-放松模式，而偏癱側股內側肌、股外側肌stRMS 升高，但仍維持正常收縮-放松模式；屈膝時，偏癱側股二頭肌、半腱半膜肌stRMS 升高。偏癱側大腿CR 值在屈膝過程中升高。研究結果表明，腦卒中患者的下肢膝關節屈伸運動存在異常的肌肉協調活動。這一結果與文獻[30]結果類似，研究結果分析可知，偏癱肢體在完成同一動作時，需要聚集更多肌纖維收縮來完成，存在肌肉協調性的異常。Yuan 等[31]通過研究腦卒中患者行走時下肢肌肉的共收縮，發現肌肉的異常激活模式會導致肌肉之間收縮的不協調性，從而降低腦卒中患者行走時步態的穩定性及效率。

通過以上研究結果可知，腦卒中患者在步行中健患兩側下肢肌肉的協調性存在較大的差異，各階段均存在患側下肢肌肉間收縮不協調現象，隨著下肢運動功能的恢復，其患側下肢肌肉協調性可得到逐漸改善。

3.3 肌電學特征與運動學特征相關性分析 表面肌電信號是肌肉活動中產生的生物電變化經表面肌電設備引導、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號，可以反映肌肉功能和活動情況[32]。肌肉活動為步行運動提供動力，因此步態的異常與肌肉活動的異常通常有著密切的關聯[33]。Clark 等[34]以50 例腦卒中患者和20 例健康人為試驗對象，比較了腦卒中患者在行走過程中的運動參數和表面肌電信號與正常人之間的差別。研究利用運動分析系統，記錄受試者的運動資料，利用遙測肌電采集技術，分別測量下肢肌肉的肌電信號。實驗過程中計算運動完成時間、地面行走速度變化、步幅不對稱性等運動學參數及肌肉激活時間、肌電幅度指標等肌電參數，此研究還對患者運動學及肌電學進行了Spearman 相關性分析，結果顯示肌群肌電協同分析結果與運動學參數也存在明顯的相關性。這項研究表明，異常的肌肉協同活動與受損的生物力學輸出之間存在聯系，腦卒中偏癱患者在行走時行走不對稱，步態穩定性較差，這與其下肢肌肉的協調性異常及關節屈伸受限有很大關系。

紀晴[35]對22 例腦卒中偏癱患者和20 例健康對照人員在步行試驗時同步采集其運動學及表面肌電數據，研究將所需肌電協同數量下的信息重構率與運動學特征步長對稱性做了線性擬合，肌電協同重構率與步長對稱性的平均擬合斜率為0.92，95%CI（0.84，0.99），也說明兩者之間存在相關性。

以上研究表明，腦卒中偏癱患者步態中的異常運動模式可由實時同步的相關肌肉的異常肌電特征來解釋[36]。可以分析異常肌電數據和異常運動數據之間的相關性，并與臨床癥狀相結合，以確定患者下肢功能障礙的主要原因，進而有針對性地指導臨床治療。

4 經筋理論對腦卒中后偏癱康復治療的指導意義

經筋療法包括了所有基于傳統經筋理論的針刺、推拿、火針、拔罐、針刀、長圓針、內服外敷藥物等各種治療方法[37]。而經筋之治則主要包含3 個方面，一是調整身體的結構，二為調整身體力線，三則是調整身體氣血循環。身體是一個整體，牽一發而動全身，任何一個地方的調整，都會影響全身的改變。當臟腑虛弱或受到外邪侵襲時，經筋就會受到損傷，從而出現相應癥狀。故而結合生物力學，根據經筋的循行特點和病理特點來指導針灸、推拿及康復治療，必然會起到事半功倍的效果。

5 小結

經筋理論對現代康復醫學、骨科學、疼痛醫學、針灸學等臨床與學術研究具有重要參考價值。基于經筋理論形成的經筋療法可調整人體的陰陽氣血平衡，舒筋活絡，以達到改善卒中后肢體功能障礙的目的。以經筋理論為基礎，透過生物力學原理可對下肢功能障礙進行更精準的定量分析，為臨床治療、康復提供更精確化的指導。將傳統經筋理論與現代生物力學技術相結合在卒中后康復研究中極具潛力，然而，目前關于二者結合的研究體系并不成熟，其機理研究亦亟待完善。因此，推動中醫學與康復醫學結合式發展，二者互用互鑒，可更好地服務于臨床。