基于行走模式的單關(guān)節(jié)與雙關(guān)節(jié)功能性電刺激對(duì)腦卒中患者下肢功能及腦部彌散張量成像的影響

徐奕鵬,侯甜,曲源,張虹,李金賢

腦卒中是中老年人的常見(jiàn)病和多發(fā)病,是老年人致殘的主要原因之一。行走能力障礙是腦卒中患者最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)障礙,直接影響患者的自理能力和生活質(zhì)量[1-2]。因此,最大程度地恢復(fù)患者的行走能力是腦卒中后康復(fù)治療的首要目標(biāo)之一[3]。功能性電刺激(functional electrical stimulation, FES)能顯著改善腦卒中患者偏癱肢體的功能,提高行走能力,降低致殘率[4]。但現(xiàn)有FES多以單通道或雙通道刺激為主,只能刺激1組或2組肌群,產(chǎn)生單一關(guān)節(jié)、單一方向的活動(dòng),雖然可以糾正足下垂、改善步態(tài),但不符合人體的正常行走模式;且以往臨床研究只重視其治療效果功能評(píng)價(jià),較少結(jié)合核磁共振技術(shù),如彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)等觀(guān)察其是否影響腦組織重建中的纖維傳導(dǎo),缺乏客觀(guān)評(píng)價(jià)[5]?；谡Ｐ凶吣Ｊ降亩嗤ǖ繤ES治療儀是基于正常人體的行走時(shí)序,采用雙關(guān)節(jié)、非同步的刺激方式刺激多組肌群,使運(yùn)動(dòng)障礙的下肢產(chǎn)生行走的動(dòng)作,該刺激模式符合功能性活動(dòng)的要求,能更好地改善其運(yùn)動(dòng)功能,但其在腦卒中患者康復(fù)治療中的研究尚少?；诖?本研究旨在探究采用基于行走模式的單關(guān)節(jié)與雙關(guān)節(jié)FES對(duì)腦卒中患者下肢功能及腦DTI變化的影響,為腦卒中患者下肢功能康復(fù)方法提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年3月～2022年3月在新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院就診的腦卒中患者84例。納入標(biāo)準(zhǔn):首次發(fā)病,年齡在40～80歲;符合《中國(guó)急性缺血性腦卒中診治指南2018》、《中國(guó)腦出血診治指南(2019)》中關(guān)于缺血性腦卒中及腦出血的診斷和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[6-7],影像學(xué)資料齊全;存在單側(cè)肢體偏癱,患側(cè)下肢Brunnstrom分期為Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅳ期,因III期是痙攣期,V、VI期分離運(yùn)動(dòng)已充分,不適宜行功能性電刺激治療[8]。病程2周～6個(gè)月,處于恢復(fù)期。排除標(biāo)準(zhǔn): 處于進(jìn)展性的腦卒中患者;合并蛛網(wǎng)膜下腔出血者;病灶位于腦干或小腦者;簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination,MMSE)評(píng)分<10分,存在重度認(rèn)知功能障礙者;合并感染性疾病者;合并心、肺、肝、腎等基礎(chǔ)疾病者;合并顱腦外傷或惡性腫瘤。本次研究通過(guò)我院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)(KY2019120611),所有患者均簽署知情同意書(shū)。采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為基于行走模式的多通道FES雙關(guān)節(jié)(踝、膝關(guān)節(jié))刺激組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙關(guān)節(jié)組)及雙通道FES單關(guān)節(jié)(踝關(guān)節(jié))刺激組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)單關(guān)節(jié)組),每組42例。2組患者的一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,具有可比性,見(jiàn)表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 2組患者均進(jìn)行藥物支持治療及常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練,包括肌力訓(xùn)練、步行訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)平衡訓(xùn)練及日常生活活動(dòng)能力訓(xùn)練,30min/次,1次/日,5次/周。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行采用基于正常行走模式設(shè)計(jì)的多通道FES治療儀進(jìn)行FES治療。多通道FES治療儀由中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院康復(fù)科研制(專(zhuān)利號(hào):200920159565.9;20062005887.0),具有4個(gè)輸出通道,分別刺激膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)?；紓?cè)下肢Brunnstrom分期為Ⅰ期、Ⅱ期的患者一般都不能獨(dú)立行走,患者均取健側(cè)臥、患側(cè)下肢懸吊的體位。患側(cè)下肢Brunnstrom分期Ⅳ期患者在治療師指導(dǎo)下根據(jù)刺激時(shí)序進(jìn)行模擬正常人行走訓(xùn)練。雙關(guān)節(jié)組患者接受FES治療儀的四通道治療模式,通過(guò)模擬正常人行走時(shí)肌肉收縮的時(shí)序依次刺激患側(cè)的股外側(cè)肌、脛骨前肌、腓腸肌和股二頭肌,完成一次簡(jiǎn)單步行周期重要肌肉收縮過(guò)程;單關(guān)節(jié)組患者接受同一FES治療儀的雙通道治療模式,依次刺激患側(cè)的脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)短肌兩組肌群。刺激電極置于各肌群的肌肉運(yùn)動(dòng)點(diǎn)上,運(yùn)動(dòng)點(diǎn)采用外周神經(jīng)電刺激儀定位,刺激患側(cè)股外側(cè)肌、脛骨前肌、腓腸肌及股二頭肌4組肌群的肌腹,選取肌肉收縮最強(qiáng)點(diǎn)標(biāo)記為運(yùn)動(dòng)點(diǎn)。股外側(cè)肌和股二頭肌的肌群運(yùn)動(dòng)點(diǎn)上用6cm×9cm電極縱行對(duì)置;腓腸肌的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)上用4cm×4cm電極縱行對(duì)置;脛前肌運(yùn)動(dòng)點(diǎn)上用4cm×4cm電極橫行并置。電極參數(shù)設(shè)置為:雙向?qū)ΨQ(chēng)方波,頻率30Hz,脈寬200us,電流強(qiáng)度在患者能耐受的強(qiáng)度內(nèi)以能夠引起功能動(dòng)作的為宜。各通道刺激時(shí)序按照步態(tài)周期時(shí)序設(shè)計(jì)。步行周期5s,通電/斷電時(shí)間比為5s/5s,30min/次,1次/d,5次/周,共治療3周。

1.3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 分別于治療前、治療后1周、2周、3周后由1名康復(fù)醫(yī)師對(duì)患者的下肢運(yùn)動(dòng)功能、平衡功能、步行功能及日常生活活動(dòng)能力進(jìn)行康復(fù)評(píng)定。評(píng)定醫(yī)師不參加治療,且不知道試驗(yàn)分組情況。每例患者的評(píng)定一般在1～2日內(nèi)完成。①應(yīng)用Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)評(píng)定量表下肢部分(Fugl-Meyer motor assessment of lower limb, FMA-L)進(jìn)行下肢功能評(píng)定,包括17項(xiàng),每項(xiàng)0～2分,總分0～34分,得分越高提示下肢運(yùn)動(dòng)功能越好[9]。②采用腦卒中患者姿勢(shì)評(píng)定量表(postural assessment scale for stroke patients, PASS)、Berg平衡量表(Berg balance scale, BBS)評(píng)估患者的平衡功能。PASS用于評(píng)估腦卒中恢復(fù)期或病情較重患者的臥-坐位姿勢(shì)控制能力,共12項(xiàng),每項(xiàng)0～3分,總分0～36分;BBS用于評(píng)定病情較輕或站立位患者的平衡能力,共14項(xiàng),每項(xiàng)0～4分,總分0～56分;③ 應(yīng)用Holden 步行功能分級(jí)評(píng)定患者步行功能,分為0～5級(jí),分級(jí)越高表明患者步行能力越好[10]。④ 應(yīng)用改良Barthel指數(shù)(modified Barthel index, MBI)評(píng)定患者日常生活活動(dòng)能力,包括進(jìn)食、洗澡、穿衣、大便控制、小便控制、用廁、床椅轉(zhuǎn)移、平地行走、上下樓梯10項(xiàng),總分正常0～100分。評(píng)分>60分為生活基本自理;評(píng)分40～60分為中度功能障礙,日常部分活動(dòng)需要幫助;評(píng)分20～40分為重度功能障礙,日常大部分活動(dòng)需依賴(lài)他人;評(píng)分<20分為完全殘疾,生活完全依賴(lài)他人幫助[11]。⑤采用彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)評(píng)估患者腦組織損傷,分別于治療前、治療3周后對(duì)所有患者進(jìn)行核磁共振檢查。由同一技術(shù)人員進(jìn)行圖像采集,重建部分各向異性(fractional anisotropy, FA)圖。在FA圖上,手動(dòng)在病灶最大層面畫(huà)出感興趣區(qū)(region Of interests, ROI)得到相應(yīng)FA值。以同樣方法測(cè)量健側(cè)鏡像區(qū)的FA值作為對(duì)照。當(dāng)病灶為單側(cè)半球多發(fā)病灶時(shí),取其中最大的病灶進(jìn)行測(cè)量。相對(duì)各向異性分?jǐn)?shù)(relative fractional anisotropy,rFA)=病灶側(cè)FA/對(duì)側(cè)FA,rFA越低提示患者腦卒中造成的腦組織損傷越嚴(yán)重;各向異性分?jǐn)?shù)不對(duì)稱(chēng)性值(fractional anisotropy asymmetry,FAasy)=(對(duì)側(cè)FA-病灶側(cè)FA)/(對(duì)側(cè)FA+病灶側(cè)FA),FAasy越高提示患者腦卒中造成的腦組織損傷越嚴(yán)重[12]。

2 結(jié)果

2.1 2組患者治療前后各時(shí)間點(diǎn)FMA-L評(píng)分比較 治療前,2組患者FMA-L評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療1周、2周、3周后,2組患者FMA-L評(píng)分均較治療前顯著升高(均P<0.05),且雙關(guān)節(jié)組患者FMA-L評(píng)分均高于單關(guān)節(jié)組(均P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 2組治療前后各時(shí)間點(diǎn)FMA-L評(píng)分比較 分,

2.2 2組患者治療前后各時(shí)間點(diǎn)PASS、BBS評(píng)分比較 治療前,2組患者PASS、BBS評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療1周后2組患者PASS、BBS評(píng)分較治療前升高(均P<0.05),雙關(guān)節(jié)組患者BBS評(píng)分高于單關(guān)節(jié)組(P<0.05)。治療2周、3周后,雙關(guān)節(jié)組患者PASS、BBS評(píng)分均高于單關(guān)節(jié)組(均P<0.05)。在治療1周、2周、3周后2組患者PASS、BBS評(píng)分均高于治療前(均P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 2組治療前后各時(shí)間點(diǎn)PASS、BBS評(píng)分比較 分,

2.3 2組患者治療前后各時(shí)間點(diǎn)Holden步行功能分級(jí)比較 治療前及治療1周后,2組患者Holden步行功能分級(jí)比例無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。治療2周、3周后雙關(guān)節(jié)組患者Holden步行功能分級(jí)高于單關(guān)節(jié)組患者(均P<0.05),且均高于治療前(均P<0.05)。見(jiàn)表4。

表4 2組治療前后各時(shí)間點(diǎn)Holden步行功能分級(jí)比較 例(%)

2.4 2組患者治療前后各時(shí)間點(diǎn)MBI評(píng)分比較 治療前,2組患者M(jìn)BI評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療1周、2周、3周后,2組患者M(jìn)BI評(píng)分均較治療前升高(均P<0.05),雙關(guān)節(jié)組患者M(jìn)BI評(píng)分高于單關(guān)節(jié)組(均P<0.05)。見(jiàn)表5。

表5 2組治療前后各時(shí)間點(diǎn)MBI評(píng)分比較 分,

2.5 2組患者治療前、治療3周后DTI及FA、rFA、FAasy比較 治療前,2組患者患側(cè)腦白質(zhì)纖維束疏松,部分或完全斷裂,纖維束密度較健側(cè)低,治療第3周后2組患者患側(cè)腦白質(zhì)纖維束有所增加。見(jiàn)圖1a～d。治療前,2組患者病灶側(cè)FA值、rFA、FAasy比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療3周后,2組患者病灶側(cè)FA值、rFA均較治療前升高(均P<0.05),FAasy較治療前降低(P<0.05),雙關(guān)節(jié)組患者病灶側(cè)FA值、rFA高于單關(guān)節(jié)組(均P<0.05),FAasy低于單關(guān)節(jié)組(P<0.05)。見(jiàn)表6。

a.雙關(guān)節(jié)組治療前;b.雙關(guān)節(jié)組治療后;c.單關(guān)節(jié)組治療前;d.單關(guān)節(jié)組治療后

表6 2組患者治療前后病灶側(cè)FA值、rFA、FAasy比較

3 討論

行走能力喪失是腦卒中患者最常見(jiàn)的功能障礙之一,嚴(yán)重影響患者的日常生活活動(dòng)能力和生活質(zhì)量[13]。目前,國(guó)內(nèi)外用于治療中樞神經(jīng)損傷后下肢癱瘓的電刺激治療儀,只能刺激1組或2組肌群,產(chǎn)生單一方向、單一關(guān)節(jié)的活動(dòng)。如糾正腦卒中后足下垂的單通道電刺激只能產(chǎn)生踝關(guān)節(jié)的動(dòng)作,這與正常行走時(shí)需要多個(gè)關(guān)節(jié)、多組肌群協(xié)調(diào)參與的運(yùn)動(dòng)模式不相符[14]。基于正常行走模式的多通道FES刺激是通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序來(lái)刺激1組或多組肌肉模擬正常自主運(yùn)動(dòng),以達(dá)到改善被刺激肌肉或肌群功能的目的[15]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)FES通過(guò)低頻電刺激誘導(dǎo)神經(jīng)肌肉活動(dòng)達(dá)到改善肢體功能的目的[16]。但是,國(guó)內(nèi)關(guān)于多通道FES雙關(guān)節(jié)刺激對(duì)腦卒中患者的早期下肢運(yùn)動(dòng)功能療效的研究尚少。

臨床中評(píng)價(jià)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能的指標(biāo)眾多,包括用于評(píng)價(jià)上肢、下肢運(yùn)動(dòng)功能的FMA評(píng)分,評(píng)價(jià)患者平衡功能的PASS、BBS評(píng)分,評(píng)價(jià)患者行走功能的Holden步行功能分級(jí)以及評(píng)價(jià)患者日常生活活動(dòng)能力的MBI評(píng)分等。這些指標(biāo)具有良好的信效度和敏感性[17-20]。以往研究發(fā)現(xiàn),在慢性期腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練中聯(lián)合運(yùn)用多通道FES可更加明顯提高患者下肢運(yùn)動(dòng)功能、行走功能及平衡功能[21]。在本研究中,雙關(guān)節(jié)組患者FMA、PASS、BBS、MBI評(píng)分在治療后均增加,Holden步行功能分級(jí)提高,組間比較也發(fā)現(xiàn)除了PASS評(píng)分在治療1周后無(wú)顯著差異,而治療2周、3周后有顯著性差異外,雙關(guān)節(jié)組FMA、BBS、MBI評(píng)分在治療1周、2周及第3周均顯著高于單關(guān)節(jié)組患者。這說(shuō)明基于正常行走模式的多通道FES雙關(guān)節(jié)刺激能快速、有效地改善腦卒中患者早期下肢運(yùn)動(dòng)功能,其效能優(yōu)于雙通道FES治療。分析其原因,一方面由于多通道FES的雙關(guān)節(jié)刺激治療通過(guò)模擬正常肌群收縮的先后次序及時(shí)間,序貫刺激多組肌群帶動(dòng)患者被動(dòng)進(jìn)行協(xié)調(diào)活動(dòng),即使患者在康復(fù)初期無(wú)法自主進(jìn)行多部位協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),也可在雙關(guān)節(jié)刺激下達(dá)到功能性活動(dòng)的效果,實(shí)現(xiàn)以被動(dòng)牽引主動(dòng)行為的癱瘓肢體康復(fù),進(jìn)而有效提升患者下肢FMA評(píng)分[22]。另一方面,雙關(guān)節(jié)刺激可能通過(guò)神經(jīng)通路傳導(dǎo)刺激低位運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及高位運(yùn)動(dòng)皮層的重塑,以外周神經(jīng)刺激激活中樞神經(jīng)活性的方式改善癱瘓肢體的運(yùn)動(dòng)功能和平衡功能。伴隨著患者運(yùn)動(dòng)功能顯著改善和能夠進(jìn)行的康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度逐漸增加,患者日常生活自理能力也會(huì)顯著改善,形成肌肉力量——運(yùn)動(dòng)——功能恢復(fù)的正向循環(huán)。

DTI是近年來(lái)在常規(guī)磁共振和彌散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的成像及后處理技術(shù),可對(duì)大腦白質(zhì)纖維束的三維幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,是唯一可在活體顯示腦白質(zhì)纖維束的無(wú)創(chuàng)成像技術(shù),為揭示卒中后白質(zhì)纖維動(dòng)態(tài)重塑的過(guò)程提供了有效手段[23-24]。以往研究通過(guò)DTI技術(shù)分析亞急性腔隙性腦梗死患者,發(fā)現(xiàn)DTI可以詳細(xì)、精確地定位病灶,并能夠清晰顯示病灶的大小[25]。此外,DTI技術(shù)還能通過(guò)參數(shù)的變化評(píng)價(jià)軸突的髓鞘形成、破壞、脫失和恢復(fù),判斷腦卒中后運(yùn)動(dòng)皮層下纖維束的損害對(duì)功能重組和病人預(yù)后的影響[26]。本研究治療3周后2組患者病灶側(cè)FA值、rFA均升高,FAasy均降低,雙關(guān)節(jié)組患者病灶側(cè)FA值、rFA均高于單關(guān)節(jié)組,FAasy低于單關(guān)節(jié)組,說(shuō)明該治療方法更有利于患者腦組織病灶的吸收、恢復(fù)。原因可能在于,一方面由于多通道FES的雙關(guān)節(jié)刺激在直接刺激外周運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的同時(shí),更好地改善了中樞神經(jīng)的可塑性;另一方面,通過(guò)對(duì)外周神經(jīng)及肌肉群的刺激,隨著患者運(yùn)動(dòng)功能的逐漸恢復(fù),患者全身循環(huán)系統(tǒng)及血流灌注水平可能得到一定改善,也有利于腦血流再灌注及腦組織的部分恢復(fù)。此外,雙關(guān)節(jié)刺激通過(guò)一定時(shí)序刺激多組肌群模擬正常步行動(dòng)作,促使患肢進(jìn)行更加復(fù)雜、精細(xì)、協(xié)調(diào)性的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,在一定程度上提高了皮層下纖維束重組的效率,更有利于受損纖維束的修復(fù)。但DTI檢測(cè)主要用于客觀(guān)評(píng)價(jià)腦內(nèi)病灶變化情況及患者療效,對(duì)于具體雙關(guān)節(jié)刺激加快腦卒中病灶恢復(fù)的機(jī)制仍有待進(jìn)一步探究。

綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)基于正常行走模式的多通道FES雙關(guān)節(jié)刺激對(duì)于腦卒中患者治療效果優(yōu)于單關(guān)節(jié)刺激法,能顯著改善患者運(yùn)動(dòng)功能、平衡功能、行走功能及日常生活活動(dòng)能力。此外,DTI檢查提示多通道FES更有利于患者腦內(nèi)病灶恢復(fù),對(duì)于提高腦卒中患者康復(fù)治療水平及預(yù)后具有臨床意義。