腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移生物力學分析研究進展

吳雪嬌，鄭潔皎，夏汶，劉翠鮮，曲冰

1.上海體育學院，上海市200438；2.復旦大學附屬華東醫(yī)院，上海市200040

腦卒中是常見的腦血管疾病，極易導致患者運動功能受損，生活質(zhì)量下降，對患者、家庭及社會均有影響[1-2]。坐-站轉(zhuǎn)移能力是決定腦卒中偏癱患者能否獨立生活的重要功能基礎(chǔ)，很多偏癱患者存在坐-站轉(zhuǎn)移異常，極易失衡跌倒[3-5]。在偏癱患者進行坐-站轉(zhuǎn)移時，健足和患足的位置對患者坐-站轉(zhuǎn)移任務表現(xiàn)有重要影響[6]，臨床康復人員在評估或訓練轉(zhuǎn)移性任務時應考慮患者雙足位置[7]。本文從生物力學角度，對腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移的研究進行綜述，并介紹近年來坐-站轉(zhuǎn)移康復研究進展。

1 坐-站轉(zhuǎn)移

坐-站轉(zhuǎn)移是重要的轉(zhuǎn)移活動，也被稱為“站起”“坐站運動”“坐到站起”等[8]。Roebroeck等[9]將坐-站轉(zhuǎn)移定義為人體從坐位到站立位時，在保持身體平衡的情況下，身體質(zhì)心從坐位向上轉(zhuǎn)移到站立位的過程。人體如果沒有平穩(wěn)、有效的坐-站轉(zhuǎn)移功能，極易失衡跌倒[5,10]。腦卒中偏癱患者多存在坐-站轉(zhuǎn)移功能障礙。超過1/3腦卒中患者在坐-站轉(zhuǎn)移過程中會發(fā)生跌倒[11]。不同足位對腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移表現(xiàn)有重要影響，對偏癱患者所存在的坐-站轉(zhuǎn)移功能障礙進行分析與治療，有利于患者康復進程[12]。

2 坐-站轉(zhuǎn)移的生物力學分析

偏癱患者在坐-站轉(zhuǎn)移過程中，運用合適的方式站起有利于患者平衡功能的維持以及姿勢控制的改善。人體運動生物力學是指運用力學原理和方法研究生物學問題，是描述、分析和評估人類各種運動的一門多學科交叉學科[13]，在康復醫(yī)學領(lǐng)域主要從人體運動學、動力學和表面肌電的角度進行研究分析。

2.1 動作時相劃分

區(qū)分坐-站轉(zhuǎn)移時相有一定的復雜性。以前研究多使用攝像機、測力臺、表面肌電等設備[14]，根據(jù)坐-站轉(zhuǎn)移的運動學參數(shù)、反作用力和質(zhì)心的運動等參數(shù)劃分時相[5,15]。針對不同的研究目的，坐-站轉(zhuǎn)移可分為4個階段、3個階段或2個階段，并包括一些特征狀態(tài)。對健康人的坐-站轉(zhuǎn)移時相劃分方法可應用于偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移任務研究[14]。

根據(jù)動量、關(guān)節(jié)角度及角速度的變化，可將坐-站轉(zhuǎn)移分為4個階段[15-16]。Schenkman等[15]認為，坐-站轉(zhuǎn)移階段Ⅰ為屈曲動量階段(flexion momentum phase)，即開始坐-站轉(zhuǎn)移運動到臀部抬離椅座；階段Ⅱ為動量轉(zhuǎn)移階段(momentum-transfer phase)，即從臀部抬離椅座到踝關(guān)節(jié)達到最大背曲角度；階段Ⅲ為伸展階段(extension phase)，即踝關(guān)節(jié)達到最大背屈角度到髖關(guān)節(jié)停止伸展；階段Ⅳ為穩(wěn)定階段(stabilization phase)，即從髖關(guān)節(jié)伸展速度為0至坐-站轉(zhuǎn)移所有動作穩(wěn)定完成。

根據(jù)地面反作用力可將坐-站轉(zhuǎn)移分為3個階段[5,17-18]。Cheng等[5]認為，階段Ⅰ為準備階段(preparation phase)，垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,VGRF)變化超過2.5%為開始，至達到最大垂直地面反作用力(maximal vertical ground reaction force,MVGRF)；階段Ⅱ為上升階段(rising phase)，MVGRF為此階段開始的標志，而后VGRF逐漸減少，再繼續(xù)增加，直到達到人體自身重量；階段Ⅲ為穩(wěn)定階段，即VGRF的擺動幅度低于2.5%。

根據(jù)人體運動學參數(shù)可將坐-站轉(zhuǎn)移分為2個階段[19-20]。Khemlani等[19]根據(jù)肩關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的標記點將坐-站轉(zhuǎn)移時相分為2個階段和3個特征狀態(tài)。階段Ⅰ為伸展前階段，即動作開始(狀態(tài)1)至抬離瞬間(狀態(tài)2)；階段Ⅱ為伸展階段，即抬離瞬間至動作結(jié)束(狀態(tài)3)。其中，動作開始定義為肩關(guān)節(jié)標記點水平速率≥0.1 m/s；動作結(jié)束定義為髖關(guān)節(jié)標記點水平速率≤0.1 m/s。

在坐-站轉(zhuǎn)移過程中，臀部抬離椅座需付出最大努力[21-22]，此刻被稱為抬離瞬間(seat-off)，常被看做分析患者坐-站轉(zhuǎn)移的重要特征狀態(tài)。不同研究對抬離瞬間的定義有所不同[21,23-25]，可能與研究目的不同或使用不同的實驗設備等因素有關(guān)，但根據(jù)力傳感器檢測臀部對椅座的作用力，可客觀記錄坐-站轉(zhuǎn)移過程中臀部抬離的力線軌跡，將地面反作用力與椅座受力進行比較，可獲得更為精準的動作特征數(shù)據(jù)。

2.2 運動學分析

運動學是指人體運動過程中，肢體和關(guān)節(jié)隨時間變化所表現(xiàn)出的外在特征與規(guī)律。人體運動學的基本力學參量主要包括人體運動位置的改變、對身體姿態(tài)和對其變化快慢及時間長短的描述。以往文獻多從不同足位條件對腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移任務中身體姿態(tài)、坐-站轉(zhuǎn)移時間兩方面進行分析。

2.2.1 不同足位對身體姿態(tài)的影響

腦卒中偏癱患者姿勢控制能力受損[26]，導致患者在坐-站轉(zhuǎn)移過程中身體姿態(tài)異常。姿勢控制是指人體在功能性活動中保持直立姿勢，抵抗外界干擾，防止跌倒的能力[27-28]。對稱性和穩(wěn)定性是保持正常身體姿態(tài)的重要因素[29-30]。

腦卒中偏癱患者在自然足位、對稱足位和健足置后足位下行坐-站轉(zhuǎn)移時，身體姿態(tài)均不對稱[31-32]。Lecours等[31]發(fā)現(xiàn)，偏癱患者在自然和對稱足位(雙足對稱放置)坐-站轉(zhuǎn)移時，軀干絕對側(cè)屈角度較大，分別為(12.1±6.1)°和(11.0±6.5)°，向健側(cè)偏移。軀干絕對側(cè)屈角度定義為軀干正中線在冠狀面的投影與垂直軸之間的角度。Duclos等[33]的研究表明，與健康組相比，偏癱組在自然足位進行坐-站轉(zhuǎn)移時，軀干在冠狀面向健側(cè)傾斜(坐-站轉(zhuǎn)移時相的25%～100%階段)，骨盆在抬離瞬間后(坐-站轉(zhuǎn)移時相的60%～90%階段)向健側(cè)偏移。

腦卒中偏癱患者在自然足位坐-站轉(zhuǎn)移時穩(wěn)定性較差，易失衡跌倒[33]。一些研究用接觸時間(time-to-contact,TtC)衡量人體坐-站轉(zhuǎn)移的穩(wěn)定性。TtC表示為質(zhì)心在冠狀面到達支撐面邊緣的最長時間，即人體在任務中防止跌倒的最長時間，TtC越小，人體穩(wěn)定性越差[7,34]。Duclos等[33]研究表明，TtC最小值出現(xiàn)于抬離瞬間后50%～70%階段內(nèi)，偏癱患者自然足位坐-站轉(zhuǎn)移時，TtC為(1.68±0.2)s，健康對照組為(2.69±0.3)s，偏癱患者TtC相對較短，穩(wěn)定性較差，存在跌倒風險。

腦卒中偏癱患者患足置后坐-站轉(zhuǎn)移可改善身體姿態(tài)的不對稱性，有利于降低跌倒風險?；甲阒煤笞?站轉(zhuǎn)移降低軀干向健側(cè)的偏移程度，因為在開始階段，身體質(zhì)心的投影首先通過患側(cè)下肢，使患側(cè)下肢承受更多身體重量，軀干向患側(cè)偏移，質(zhì)心逐步向前上方移動，完成站立，從而改善患者身體姿態(tài)的不對稱性[31,33]。

2.2.2 坐-站轉(zhuǎn)移時間

坐-站轉(zhuǎn)移時間即人體從坐位站起所用的總時間，是人體主要功能性指標之一[3,35]，可以作為評定運動表現(xiàn)的參考依據(jù)，并制定合適的康復方案。坐-站轉(zhuǎn)移時間受足位條件、座位高度、站起速度等因素影響。與健康人相比，腦卒中偏癱患者完成坐-站轉(zhuǎn)移的時間較長[36]，而不同的足位對腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移時間產(chǎn)生影響[6,37]。

在相同椅座高度條件下，腦卒中偏癱患者自然足位坐-站轉(zhuǎn)移時間相對較短，改變足位條件會使患者坐-站轉(zhuǎn)移時間延長[38]；與自然足位相比，健康受試者在不對稱足位下坐-站轉(zhuǎn)移時間同樣延長[37]。Rocha等[39]認為，偏癱患者在患足置后和健足抬高條件下，坐-站轉(zhuǎn)移時間較長，原因是改變足的位置使患者坐-站轉(zhuǎn)移的施力策略產(chǎn)生變化，患側(cè)下肢在坐-站轉(zhuǎn)移過程中使用程度增加，延長了坐-站轉(zhuǎn)移時間。Camargos等[38]認為，不對稱足位坐-站轉(zhuǎn)移是患者在常規(guī)狀態(tài)下使用較少的坐-站轉(zhuǎn)移策略，因而增加了完成任務的復雜程度。雖然腦卒中偏癱患者以自然速度自然足位站起時間最短，但下肢負重、身體姿勢等不對稱；以患足置后或健足抬高進行坐-站轉(zhuǎn)移，雖使坐-站轉(zhuǎn)移時間延長，但有利于患者身體姿態(tài)、下肢負重的改善[39]。

2.3 動力學分析

動力學是對人體運動進行力學分析，通過對力的研究可以更好理解運動差異產(chǎn)生的原因[13]。在坐-站轉(zhuǎn)移時，雙下肢負重能力相差≤30%的腦卒中偏癱患者有較好的步態(tài)表現(xiàn)[29]。雙下肢負重的對稱性對偏癱患者身體姿態(tài)有重要意義。在腦卒中偏癱患者坐-站轉(zhuǎn)移任務動力學研究中，常通過下肢負重不對稱性或雙下肢負重差異等指標反映雙下肢負重對稱性[21,40]。

不同足位會影響下肢負重能力。腦卒中偏癱患者在自然足位和對稱足位下進行坐-站轉(zhuǎn)移時，下肢負重存在顯著不對稱性[29,31,41]。下肢負重不對稱性(weight-bearing asymmetry)是指雙足VGRF比值，健康人為非優(yōu)勢側(cè)與優(yōu)勢側(cè)的比值，偏癱患者為患側(cè)與健側(cè)的比值；比值為1說明雙下肢負重完全對稱，比值越接近1說明對稱性越好[31-32]。Chou等[29]研究表明，腦卒中偏癱患者對稱足位坐-站轉(zhuǎn)移時，患側(cè)下肢負重為體重的37.9%，健康受試者雙下肢負重分別為50.5%和49.5%，偏癱患者雙下肢負重顯著不對稱。

健足置后坐-站轉(zhuǎn)移會增加偏癱患者下肢負重不對稱性[7]。劉孟等[42]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者健足置后行坐-站轉(zhuǎn)移，雙下肢平均負重差異為(26.52±8.17)%，患足置后則為(12.30±6.31)%，說明健足置后會導致下肢負重不對稱性增加。健足置后與對稱足位、患足置后相比，下肢負重不對稱性和軀干側(cè)方移動距離均較大[32]。

偏癱患者患足置后或健足抬高進行坐-站轉(zhuǎn)移，可減少下肢負重不對稱性?；甲阒煤笠话阒富紓?cè)足置于健側(cè)足后半足[31]，或患側(cè)踝背屈10°或15°，健側(cè)踝背屈0°[7,39]，不同研究踝關(guān)節(jié)角度可能相差5°左右，可能與患者踝關(guān)節(jié)活動度及實驗設計、實驗設備等因素有關(guān)。健足抬高(step)一般指在健側(cè)足下墊適宜高度的臺階[23]。Chen等[12]對18例慢性偏癱患者(病程約1年)進行兩種足位、兩種手臂位置的坐-站轉(zhuǎn)移測試，足位分別采用患足置后和健足置后，要求受試者采用手臂放于體側(cè)和Bobath握手兩種條件進行坐-站轉(zhuǎn)移，結(jié)果表明，對有較高功能水平的偏癱患者，患足置后可以增強患側(cè)下肢用力，使患側(cè)下肢負重增加，手臂位置幾乎沒有影響。但Rocha等[39]對腦卒中偏癱患者健足抬高、患足置后、對稱及自然足位坐-站轉(zhuǎn)移進行研究，結(jié)果表明，標準椅座高度下，健足抬高更能降低不對稱性，即使是病程超過1年的腦卒中偏癱患者。因此，對于何種足位更能減少腦卒中偏癱患者雙下肢負重的不對稱性尚存在爭議，有待進一步研究。臨床康復人員在評估或訓練轉(zhuǎn)移性任務時應充分考慮雙足位置。

2.4 肌電研究

表面肌電是一種典型的生物電現(xiàn)象，是非線性、非平穩(wěn)的信號，其中蘊涵很多與肢體運動相關(guān)聯(lián)的信息[43]。健康受試者進行坐-站轉(zhuǎn)移時，脛骨前肌、比目魚肌、股四頭肌和股后肌群在維持膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)前后方向的穩(wěn)定方面起重要作用[18]。腦卒中偏癱患者在坐-站轉(zhuǎn)移時，雙側(cè)下肢肌肉的激活強度和肌肉激活時間出現(xiàn)異常，尤其是脛骨前肌、比目魚肌和股四頭肌，患者健側(cè)下肢代償明顯，影響坐-站轉(zhuǎn)移任務表現(xiàn)，增加跌倒風險[44]。

健康人進行坐-站轉(zhuǎn)移時，脛骨前肌先被激活，以保持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，控制小腿運動和身體質(zhì)心前移[44-45]；繼而股四頭肌、股后肌群和比目魚肌先后被激活[18,46]。但腦卒中偏癱患者的脛骨前肌、股四頭肌、股后肌群和比目魚肌幾乎被同步激活，這主要是由于患者患側(cè)下肢伸肌協(xié)同運動模式處于優(yōu)勢地位，神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)運動出現(xiàn)異常[18]。另外，患者健側(cè)脛骨前肌和股后肌群被提前激活，且具有較大肌肉活動，表現(xiàn)出明顯代償模式[18,47]。偏癱患者在自然足位、對稱足位、患足置后、健足置后四種條件下行坐-站轉(zhuǎn)移時，比目魚肌均于抬離瞬間之前被激活[38]。健康人的比目魚肌主要維持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，以及在坐-站轉(zhuǎn)移最后階段減速身體運動以完成站立姿勢?；颊吲c健康人之間的差異，可能與患者痙攣狀態(tài)和肌肉力量較弱有關(guān)[38]。Silva等[47]對腦卒中偏癱患者與健康受試者進行坐-站轉(zhuǎn)移表面肌電研究，發(fā)現(xiàn)患者雙側(cè)下肢比目魚肌激活時間均提前，說明雙下肢肌肉活動均存在障礙，可能是患者病灶側(cè)神經(jīng)系統(tǒng)損傷影響姿勢預調(diào)整所致。比目魚肌提前激活可能是偏癱患者容易跌倒的原因[18]。

不同足位影響患者下肢肌肉活動。腦卒中偏癱患者在自然足位坐-站轉(zhuǎn)移時，膝關(guān)節(jié)周圍肌肉用力程度存在不同程度不對稱性。Brunt等[37]研究表明，當偏癱患者患足置后坐-站轉(zhuǎn)移時，患側(cè)脛骨前肌活動強度提高29%，股四頭肌活動提高34%；患者健足抬高進行坐-站轉(zhuǎn)移時，患側(cè)脛骨前肌和股四頭肌活動分別提高51%和41%，表明這兩種足位坐-站轉(zhuǎn)移更有利于增強患側(cè)下肢肌肉活動。Camargos等[38]認為，健足置后坐-站轉(zhuǎn)移對患者益處較低，因為此種足位條件不但延遲了患者比目魚肌的激活，使腘繩肌活性降低，也延長患者坐-站轉(zhuǎn)移時間。

3 康復訓練

坐-站轉(zhuǎn)移功能是提高患者移動能力的基礎(chǔ)。腦卒中患者如果完全依賴照顧者、康復治療師或其他輔助人員進行坐-站轉(zhuǎn)移，易導致下肢肌肉萎縮；適當?shù)淖?站轉(zhuǎn)移訓練有利于激活下肢肌肉，增強肌力[48]，提高患者動態(tài)平衡功能以及下肢負重能力[49]，促進患者功能更大恢復，預防患者跌倒以及患側(cè)肢體失用[50]。腦卒中偏癱患者具備獨立、快速、穩(wěn)定的坐-站轉(zhuǎn)移能力，對生活質(zhì)量和功能性移動的滿意度提高[51]。

腦卒中患者的康復是一個動態(tài)過程[2]，患者坐-站轉(zhuǎn)移功能在發(fā)病后0～12周可得到最大恢復，在這個時間窗內(nèi)進行有效康復干預，對提高患者坐-站轉(zhuǎn)移功能有重要意義[52]。針對坐-站轉(zhuǎn)移功能障礙的腦卒中偏癱患者，健足抬高坐-站轉(zhuǎn)移訓練有利于提高其身體姿態(tài)的對稱性和平衡功能[53]。Gray等[23]研究表明，強制性使用運動療法可增強偏癱患者患側(cè)下肢負重；Farqalit等[54]對兩組受試者分別進行患足置后和對稱足位坐-站轉(zhuǎn)移訓練，4周后，患足置后患者平衡功能和轉(zhuǎn)移功能提高更多。Jung等[55]報道，經(jīng)皮神經(jīng)電刺激(transcutaneous electrical stimulation,TENS)可有效降低踝跖屈肌痙攣，TENS治療后進行坐-站轉(zhuǎn)移訓練可顯著提高腦卒中患者下肢肌肉力量和平衡能力。Britton等[56]通過對患者進行坐-站轉(zhuǎn)移訓練及下肢肌力訓練，提高坐-站轉(zhuǎn)移不穩(wěn)定患者的坐-站轉(zhuǎn)移功能，并使患者每天坐-站轉(zhuǎn)移次數(shù)增加至少一倍。

對于患者的坐-站轉(zhuǎn)移康復訓練方式，主要通過改變患者坐-站轉(zhuǎn)移時足的位置[38,56]、坐-站轉(zhuǎn)移速度[57]、座椅高度[39,57-58]，下肢肌力訓練以及相關(guān)輔助器具的應用[2,45,59]等方式進行。但有研究顯示，在傳統(tǒng)物理治療基礎(chǔ)上，是否增加下肢肌力訓練，對腦卒中患者坐-站轉(zhuǎn)移功能沒有顯著影響[20]。另外，對于不能進行坐-站轉(zhuǎn)移、姿勢異?；蛉菀椎沟炔煌δ苷系K的腦卒中患者，選擇何種康復訓練方式更能改善患者坐-站轉(zhuǎn)移表現(xiàn)，糾正患者異常運動模式，抑制痙攣，提高坐-站轉(zhuǎn)移功能及運動功能，尚需進一步研究。

4 小結(jié)

腦卒中偏癱患者的坐-站轉(zhuǎn)移功能對日常生活活動具有重要作用。運用人體運動生物力學分析方法對存在坐-站轉(zhuǎn)移功能障礙的偏癱患者進行評定，通過坐-站轉(zhuǎn)移訓練及相關(guān)的康復治療，可加強患側(cè)下肢負重能力，提高患者身體姿態(tài)的對稱性，提高患者運動功能。雖然目前對腦卒中患者坐-站轉(zhuǎn)移動作分析的研究較多，但研究對象多為病程較長的患者，早期腦卒中患者的坐-站轉(zhuǎn)移功能障礙機制仍需要進一步研究。另外，腦卒中偏癱患者進行何種坐-站轉(zhuǎn)移功能訓練，采用何種訓練強度及次數(shù)更能改善患者姿勢控制能力，預防患者失衡跌倒，目前仍然缺少多中心隨機對照研究。

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