腰椎間盤突出癥患者步態(tài)特征及相關機制研究進展

任緒艷，杜艷艷，劉華

腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation，LDH）多發(fā)生于20～50歲，給患者帶來嚴重痛苦。輕者出現(xiàn)腰和下肢疼痛、麻木等，影響肢體活動，合并馬尾神經(jīng)損害者甚至出現(xiàn)大小便功能障礙，嚴重影響患者的日常工作和生活[1]。有資料顯示，大約80%的人一生中曾出現(xiàn)過腰背痛，美國每年治療腰背痛花費超過一千億美元[2]，這其中2%～3%成年人的腰背痛是由LDH導致[3]。美國每年因伴隨神經(jīng)根刺激癥狀的LDH引起的腰痛需要手術治療超過30萬例[4]。LDH給家庭和社會經(jīng)濟帶來沉重的負擔。隨著社會的快速發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們工作和生活方式的改變，LDH發(fā)病率逐年上升，且呈現(xiàn)年輕化的趨勢。流行病學資料顯示，我國LDH發(fā)病率為0.95%～18%，西方LDH總發(fā)病率為15.2%～30%[5]。LDH患者常伴發(fā)下腰痛、下肢放射性疼痛，甚至出現(xiàn)感覺異常，這些癥狀常導致下肢步態(tài)的異常，如果早期不加以干預，患者往往采取避免疼痛的步態(tài)，長此以往會出現(xiàn)腰和下肢肌肉的不均衡，加重步態(tài)的異常。因此，本文結(jié)合國內(nèi)外有關LDH患者步態(tài)文獻，分析LDH患者步態(tài)時空特征、足底壓力分布特征和骨盆的運動特征，從而為指導臨床和康復治療提供依據(jù)。

1 LDH患者步態(tài)特征

1.1 時空特征

步態(tài)的時空特征包括步行周期、支撐相時間、擺動相時間、步速、步頻、步長、支撐時間比等多個參量。正常青年人步行周期約為0.93～1.23 s，每一個步行周期分為支撐相和擺動相兩個階段，支撐相大約占步行周期的60%，擺動相約占其中的40%。自然步速約為 0.89～1.39 m/s，步頻約為 96.42～127.18步/min，步長約為0.52～0.71 m，單雙腿支撐時間比約為4∶1[6]。LDH患者的步態(tài)時空參數(shù)發(fā)生改變，LDH患者整個步態(tài)周期延長，患肢支撐相延長、擺動期相對縮短，步行速度變慢[7]。2008年吳建賢證實LDH影響患側(cè)運動功能患側(cè)平均步速減慢，而對健側(cè)運動功能影響不大[8]。2015年Moldoveanu等[9]的研究表明，LDH患者平均步速和步長比正常人小40%。2016年鄭陳帆等[10]比較伴坐骨神經(jīng)痛的LDH患者和正常人以及患者患側(cè)和健側(cè)的步態(tài)時空參數(shù)，發(fā)現(xiàn)患者與正常人相比，單支撐時間增加約30 ms，雙支撐時間增加約57 ms，步態(tài)周期時間增加約0.2 s，而單雙腿支撐時間比減少約83%，步速每分鐘減少約25 m，步頻每分鐘減少約14步，步長縮短約0.17 m；患側(cè)與健側(cè)相比，單支撐時間少約39 s，步長比健側(cè)縮短大約0.02 m。LDH患者健患側(cè)單支撐時間均增加，健側(cè)增加更明顯，健患側(cè)步長均減少，健側(cè)減少更明顯，說明患者為減少步行時的疼痛相對縮短患側(cè)觸地時間，延長健側(cè)觸地時間。進一步的研究需要全面比較LDH患者和正常人、患側(cè)和健側(cè)、患側(cè)和正常人同側(cè)、健側(cè)和正常人同側(cè)步態(tài)特征。LDH患者步長和步頻減小，步行周期延長，步速減慢；單雙腿支撐時間延長，擺動期相對縮短，雙支撐時間延長大于單支撐時間，單雙腿支撐時間比減小。通過比較LDH患者和正常人步態(tài)時空參數(shù)變化可為評定病痛程度與治療效果提供重要參考[7]。

1.2 足底壓力分布特征

足底壓力系統(tǒng)根據(jù)足底壓力變化，將支撐期分為足跟觸地、前足觸地、全足支撐及前足離地4個階段，將足底分為內(nèi)側(cè)足跟、外側(cè)足跟、中足、五個跖骨、大拇指及四個腳趾10個區(qū)域。足底壓力參數(shù)包括各階段占支撐相的百分比，各區(qū)域受力時間及各區(qū)域壓力峰值[11]。正常人左右足足底壓力分布基本對稱，LDH患者雙足足底壓力對稱性發(fā)生改變。2007年張英澤等[12]測定LDH患者雙側(cè)動態(tài)足底應力，發(fā)現(xiàn)患側(cè)足跟著地期和全足著地期占支撐相的百分比小于健側(cè)，而足跟離地期大于健側(cè)。2015年夏清等[13]的研究表明，伴有下肢放射性疼痛的LDH患者患足與健足相比各階段占支撐相的百分比，前足觸地階段減少約5%，全足支撐階段減少約6%，前足離地階段增加約5%。各區(qū)域受力時間比較患足除第5跖骨外其他區(qū)域均明顯少于健側(cè)；各區(qū)域壓力峰值的比較，患足第4跖骨較健側(cè)減小約22牛頓（Newton，N)，第5跖骨較健側(cè)減小約24 N，足跟外側(cè)區(qū)域較健側(cè)減小約21 N。2015年曹娟娟等[14]比較LDH患者的健足和患足足底壓力特征，還比較LDH患者和正常對照組足底壓力特征的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LDH患者健足與對照組左右足在支撐期各階段、足底各區(qū)域受力時間比較無統(tǒng)計學差異，LDH患者健、患足足底壓力明顯不對稱，差異同夏清等[13]的研究。LDH患者行走時雙足底承受壓力不對稱，患足的足觸地階段低于健側(cè)，而足離地階段高于健側(cè)，患足多數(shù)區(qū)域受力時間、足底壓力峰值小于健足，表明患者通過減少患足與地面接觸壓力，減少步行過程中垂直地面反作用力，減輕疼痛。足底壓力分布差異能反映患者疼痛程度，通過比較動態(tài)足底壓力各項參數(shù)的變化，可從生物力學角度分析和評定治療效果[12]。

1.3 骨盆的運動特征

正常人行走時骨盆以脊柱為軸前后旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍約為－6.8°～5.1°，同時亦有輕度的前、后傾以及一側(cè)骨盆的上、下運動[15]。骨盆這種協(xié)調(diào)穩(wěn)定的運動對保證人體正常姿勢發(fā)揮著非常重要的作用，而LDH患者喪失了骨盆的協(xié)調(diào)性運動。2011年Huang等[16]的研究表明，LDH患者較健康對照組步行時有較大的骨盆旋轉(zhuǎn)，骨盆和胸廓之間的水平旋轉(zhuǎn)減少。2017年Kuai等[17]的研究表明，在水平行走時LDH患者骨盆旋轉(zhuǎn)和下腰椎旋轉(zhuǎn)明顯多于健康對照組；在爬樓梯時LDH患者骨盆旋轉(zhuǎn)、傾斜減小，下腰椎旋轉(zhuǎn)增大。水平行走和爬樓梯中LDH組骨盆前、后傾斜的曲線形狀與正常組相似，而骨盆前、后傾斜的平均振幅增加。對比LDH患者和正常人骨盆運動發(fā)現(xiàn)，LDH患者步行時骨盆旋轉(zhuǎn)增大，骨盆傾斜的平均振幅增加，骨盆和胸廓之間的旋轉(zhuǎn)減小。骨盆的這種異常表現(xiàn)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[18]。

2 步態(tài)異常機制及干預的影響

2.1 步態(tài)異常機制

正常步態(tài)需要神經(jīng)系統(tǒng)以及肌肉骨骼的動態(tài)整合，通過身體各環(huán)節(jié)骨盆、髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)和足趾的一系列活動完成[19]。神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉骨骼系統(tǒng)中任何一系統(tǒng)發(fā)生病變均可導致步態(tài)異常[20]。LDH患者步態(tài)異常機制尚不清楚，從肌肉、神經(jīng)、骨骼系統(tǒng)角度分析，可能的原因有以下幾點：一是肌肉因素，2000年Morag等[21]認為步行時第4～5節(jié)段LDH患者背伸肌無力，第5腰椎至第1骶椎節(jié)段LDH患者背伸肌和跖屈肌均無力。2014年蔚二文[22]證實LDH患者患側(cè)椎旁肌肌力小于健側(cè)。2015年鄭陳帆等[23]研究不同節(jié)段LDH患者步態(tài)中下肢脛前肌和腓腸肌的表面肌電信號差異，結(jié)果表明第4～5節(jié)段LDH主要壓迫腰5神經(jīng)根，引起脛前肌肌電振幅減小，第5腰椎至第1骶椎節(jié)段LDH主要壓迫骶1神經(jīng)根，引起腓腸肌肌電振幅減小。腰椎間盤突出壓迫神經(jīng)根引起相應神經(jīng)支配區(qū)的肌肉功能障礙，影響步行功能，且LDH患者常見癥狀為腰痛和下肢放射性痛，為減少疼痛的感覺，患者常采用保護模式限制肌肉活動，肌肉長期使用不足或廢用，肌力明顯下降，肌肉活動和自身控制能力下降，甚至引起身體姿勢平衡障礙，導致異常步態(tài)的產(chǎn)生[24,25]。二是神經(jīng)因素，LDH患者常伴坐骨神經(jīng)受損，坐骨神經(jīng)是支配下肢感覺和運動功能的主要神經(jīng)干，受損后神經(jīng)傳導速度減慢，下肢肌肉失去神經(jīng)的正常支配，肌肉收縮力明顯降低，必然導致下肢運動功能障礙，進而影響患者的步行能力[10,26]。三是骨骼因素，2017年李松等[27]研究第1～3節(jié)段LDH患者脊柱-骨盆矢狀面形態(tài)，結(jié)果表明腰椎前突角、胸椎后凸角、骶骨傾斜角、骨盆傾斜角均小于正常人。2017年Fei等[28]的研究表明，LDH患者與正常人相比腰椎前突減少約16°，胸椎后凸減少約6°，骶骨傾斜減少約7°，骨盆傾斜增加約6°。不同節(jié)段LDH患者骨盆傾斜角度可能存在差異，需進一步研究。有研究顯示，LDH患者行走時前后剪切力小于正常值，腰椎椎間盤承受垂直壓力明顯增大[29]。LDH患者骶骨傾斜角度、腰椎曲度、胸椎曲度減小，骨盆傾斜角改變，脊柱傾斜度增加，腰椎椎間盤承受壓力明顯大于健康人，腰椎骨盆對位對線不良，因此引起身體重力線偏移，從而導致步態(tài)足底壓力特征的改變[30,31]。

2.2 干預對步態(tài)的影響

神經(jīng)、肌肉、骨骼功能受損可能是引起步態(tài)異常的原因，因此，針對性治療引起步態(tài)異常的原因，如增加腰部肌肉力量、營養(yǎng)坐骨神經(jīng)、恢復腰椎關節(jié)骨間的關系，達到改善步態(tài)的目的。2011年毛晶等[32]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LDH患者實施綜合康復治療包括藥物治療、物理因子治療、腰椎牽引、推拿療法、軀干核心穩(wěn)定性訓練、軀干核心力量訓練、McKenzie療法后，LDH患者時空特征明顯改善，單支撐時間平均減少60.08 ms，雙支撐時間平均減少40.11 ms，步速每分鐘平均增加19.92 m。2012年朱高峰用撩法、按揉法、拔伸法、斜扳法、擦法等推拿手法治療LDH患者，這些手法可以緩解肌肉緊張，調(diào)整椎間隙，減輕神經(jīng)根受壓，結(jié)果表明，推拿治療后LDH患者步速增加0.14 m/s，步長增加0.12 m[33]。上述研究表明采取合適的干預措施能有效改善LDH患者步長、步速、單支撐時間、雙支撐時間等時空參數(shù)，提高患者的步行功能。

步態(tài)分析是非常實用的檢測技術，在LDH的診斷、評定中發(fā)揮越來越大的作用。有關LDH患者的步態(tài)特征，應結(jié)合不同損傷節(jié)段和分型的LDH患者進行差異性分析，為診斷、評估LDH患者的功能情況，明確病情的嚴重程度，制定個體化的康復治療方案。

3 小結(jié)

LDH患者步態(tài)具有特征性的改變，步行緩慢、足底壓力減小、骨盆旋轉(zhuǎn)增大，這些特征性改變可以為LDH的評估提供客觀定量的數(shù)據(jù)，有助于疾病診斷和療效評估，值得進一步臨床推廣。之前的研究大多選用量表如疼痛模擬視覺評分、下腰痛指數(shù)及Oswestry功能障礙指數(shù)等評估LDH患者功能，但這些量表是以患者的主觀感覺和醫(yī)生的主觀評價為主，客觀化及量化不足。本文選取步態(tài)特征作為LDH患者功能的定量補充指標，從步態(tài)時空特征、足底壓力分布特征、骨盆的運動特征三方面全面、定量分析LDH患者步態(tài)的改變，為評估LDH患者功能提供更加科學的指標。國內(nèi)各種文獻報道中有關LDH運動功能定量評定的研究主要采用步態(tài)分析、表面肌電技術，但很少有將兩者結(jié)合進行的全面、綜合的研究。步態(tài)分析在LDH康復評定中的應用，同時結(jié)合使用表面肌電，可能有助于探究步態(tài)特征和神經(jīng)肌肉功能的相關關系，為LDH評估和治療提供一定的理論依據(jù)。