腦卒中患者步態(tài)周期各時相中下肢肌肉的表面肌電特點

陳一，施海濤，毛嶺

復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)科，上海市200040

腦卒中患者步行功能障礙的典型行為學(xué)表現(xiàn)為偏癱步態(tài)[1]。偏癱步態(tài)增加腦卒中患者跌倒的風(fēng)險、失衡的發(fā)生以及社會參與程度的下降[2]。恢復(fù)腦卒中患者的正常步態(tài)已成為目前康復(fù)治療的核心功能目標(biāo)[3]。因此，對腦卒中患者偏癱步態(tài)的科學(xué)分析就顯得尤為重要。腦卒中后偏癱步態(tài)的形成主要與患側(cè)下肢肌肉不同程度的肌力下降和肌張力增高有關(guān)，故腦卒中后下肢肌肉功能狀態(tài)是偏癱步態(tài)分析中的主要研究對象[4]。

表面肌電(surface electromyography,sEMG)檢測具有無創(chuàng)性、實時性和多靶點測量等優(yōu)點，可用于定量和定性分析各種運動狀態(tài)下的神經(jīng)肌肉功能，推測神經(jīng)肌肉的病變性質(zhì)[5-6]。國內(nèi)外多位學(xué)者已對sEMG測試神經(jīng)肌肉功能的信度和效度予以肯定[7-8]。本研究采用sEMG分析腦卒中后偏癱步態(tài)相關(guān)下肢肌肉的活動狀況。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2018年1月至6月在復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科住院的腦卒中患者20例(試驗組)，診斷均符合1995年第四屆全國腦血管疾病學(xué)術(shù)會議制定的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①首次腦卒中導(dǎo)致一側(cè)肢體功能障礙；②經(jīng)頭顱CT或MRI檢査證實；③患者病情穩(wěn)定，意識清楚，能理解并完成動作性指令；④患側(cè)下肢Brunnstrom分期在Ⅳ期或以上、改良Ashworth分級在1+級或以下；⑤患側(cè)下肢屈伸膝肌力的徒手肌力評定≥3級；⑥Holden步行功能評級在4級或以上，并能夠獨立步行50 m以上；⑦Berg平衡量表評分≥40分。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①病情不穩(wěn)定；②意識不清及言語障礙；③小腦、腦干梗死；④其他引起步行功能障礙的疾病，如帕金森病、脊髓損傷、周圍神經(jīng)病變、下肢骨折及嚴(yán)重的下肢骨關(guān)節(jié)病等；⑤并發(fā)嚴(yán)重內(nèi)科疾病，如呼吸衰竭、心力衰竭和重癥肺炎等。

選擇復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院的工作人員和住院患者的家屬20例(對照組)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡、性別均與試驗組相匹配；②可獨自行走；③認(rèn)知和言語表達(dá)能力正常。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①有腦卒中病史；②有下肢骨關(guān)節(jié)病病史；③癡呆、言語功能障礙。

兩組在性別、年齡、身高和體質(zhì)量等方面無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

本研究已經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)(No.20170002)，所有受試者均簽署書面知情同意。

1.2 方法

應(yīng)用TELEMYO 2400T G2型的sEMG遙測儀(美國NORAXON公司)測量40例受試者下肢脛骨前肌(tibialis anterior,TA)、股直肌(rectus femoris,RF)、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭(gastrocnemius medial,GM)和股二頭肌(biceps femoris,BF)的sEMG信號。

測試時，囑受試者盡量放松、自然站好，使sEMG信號保持在基線附近(上下波動不超過10μV)；聽從測試人員口令，原地踏步20 s，預(yù)試肌電信號，檢查信噪比符合要求；然后受試者在無干擾情況下直線行走6 m左右，重復(fù)6次，每次結(jié)束后休息20 s再進(jìn)行下一次；同步采集sEMG信號。整個測試過程均用羅技高清攝像頭進(jìn)行實時拍攝。

1.3 評估方法

首先借助高清錄像劃分步態(tài)周期及其各分相：第一雙支撐相(first double support phase,DS1)、單支撐相(single support phase,SS)、第二雙支撐相(second double support phase,DS2)和擺動相(swing phase,SW)[9]。然后應(yīng)用專用信號處理軟件MyoResearch對sEMG信號進(jìn)行處理，提取出步態(tài)周期及其各分相中測試肌肉的平均肌電值(average EMG,AEMG)、積分肌電值(integrated EMG,IEMG)、平均功率頻率(mean power frequency,MPF)和中位頻率(median frequency,MF)等，取腦卒中患者患側(cè)、健側(cè)及健康受試者右側(cè)進(jìn)行比較。

表1 兩組一般資料比較

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以(xˉ±s)表示。所得數(shù)據(jù)經(jīng)正態(tài)性檢驗，均服從正態(tài)分布；經(jīng)方差齊性檢驗，方差齊者采用單因素方差分析檢驗，方差不齊者采用秩和檢驗；計數(shù)資料采用χ2檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

對照組TA、RF、GM和BF的肌電活動隨步態(tài)周期呈活動與靜止周期性變化，左右側(cè)同名肌肉交替活動(圖1a)。試驗組TA、RF、GM和BF的肌電活動隨步態(tài)周期亦呈活動與靜止周期性變化，但左右側(cè)同名肌肉交替活動規(guī)律不明顯(圖1b)。

在步態(tài)周期及其各分相中(除DS2階段外)，試驗組雙下肢和對照組右下肢TA的sEMG值均無顯著性差異(P＞0.05)。見表2。

在DS2階段，試驗組患側(cè)TA和BF的IEMG高于對照組右側(cè)(P＜0.05)。見表3。

在步態(tài)周期及其各分相中(除SW階段外)，試驗組健側(cè)RF的IEMG均大于對照組右側(cè)(P＜0.05)，患側(cè)下肢所檢肌肉的MPF和MF與對照組右側(cè)相似。見表4。

在SS階段，三組GM的IEMG差異最明顯：試驗組患側(cè)＜試驗組健側(cè)＜對照組右側(cè)(P＜0.01)；試驗組患側(cè)TA的AEMG最大，而健康受試者右下肢的GM肌電均值最大。見表5。

在SW階段，試驗組雙下肢和對照組右下肢所檢肌肉的sEMG值均無顯著性差異(P＞0.05)。見表6。

3 討論

腦卒中后，由于高級中樞病變，失去對低級中樞的調(diào)控，容易出現(xiàn)肌張力障礙和肌群間協(xié)調(diào)紊亂等[10-11]。故腦卒中患者的下肢運動功能障礙主要表現(xiàn)為劃圈前進(jìn)的痙攣步態(tài)，其特征是患側(cè)下肢伸肌痙攣，使患髖處于外展、外旋、伸展位，患膝處于伸展或過伸位，患踝內(nèi)翻或下垂，患趾屈曲、內(nèi)收，同時患肢因姿勢反射異常以及共同運動抑制了正常的運動模式[10,12]。

腦卒中后，偏癱患者步態(tài)周期各分相的動力學(xué)發(fā)生改變：在DS1階段，患足著地，準(zhǔn)備承擔(dān)體重，但因患側(cè)下肢抗重力肌力較弱，使得該階段延長；小腿三頭肌痙攣造成的足下垂以及脛骨后肌痙攣導(dǎo)致的足內(nèi)翻使得足前外側(cè)緣先著地，造成踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定[13-14]；在SS階段，患者為了盡可能縮短患側(cè)下肢的支撐時間，會加快對側(cè)下肢的擺動速度，但因足下垂，使得踝關(guān)節(jié)無法從跖屈位變?yōu)楸成煳?，故身體重心不能從足跟移至足前，出現(xiàn)支撐不穩(wěn)，此時患者常通過膝關(guān)節(jié)過伸或過屈、骨盆過度后傾以及軀干向健側(cè)傾斜等方式來代償[13-14]；在DS2階段，患者因站立不穩(wěn)、膝關(guān)節(jié)僵直、髖關(guān)節(jié)伸展不充分，為向前邁步所做的準(zhǔn)備不夠，足離地時小腿三頭肌產(chǎn)生的使人體向前移動的推動力不足，同時也降低了能量的供應(yīng)[13,15]；在SW階段，膝關(guān)節(jié)屈曲不足、髖關(guān)節(jié)外展外旋，使患側(cè)下肢向外側(cè)沿弧線擺動；踝關(guān)節(jié)背伸不夠，使足以“拖拽”的形式向前行進(jìn)；SW末期，患側(cè)下肢以膝關(guān)節(jié)屈曲和踝關(guān)節(jié)跖屈的姿勢觸地，增加了能量的消耗[13]。

圖1 兩組自然行走的雙下肢肌肉原始sEMG圖形

表2 步態(tài)周期及其各分相階段試驗組患側(cè)、健側(cè)和對照組右側(cè)下肢TA-sEMG比較

表3 DS2階段試驗組患側(cè)、健側(cè)和對照組右側(cè)下肢肌肉IEMG比較(μV·s)

表4 步態(tài)周期及其各分相階段試驗組患側(cè)、健側(cè)及對照組右側(cè)下肢RF-IEMG比較(μV·s)

已知步行過程中的動力學(xué)改變均源于行走相關(guān)肌肉活動的變化，而肌肉活動的變化可用sEMG監(jiān)測。AEMG是指一定時間內(nèi)瞬時肌電振幅的平均值，是反映sEMG信號幅值變化的特征性指標(biāo)，可用于評估肌力和肌張力，其值越大，代表肌肉力量和張力越大[16-17]。IEMG是指所得sEMG信號經(jīng)全波整流后，單位時間內(nèi)曲線下面積的總和，它可以反映肌電信號隨時間的強(qiáng)弱變化，其大小在一定程度上反映參與肌肉收縮的運動單位的數(shù)量多少和每個運動單位的放電大小，主要用于分析肌肉在單位時間內(nèi)的收縮特性[16,18]。肌肉收縮時，IEMG值與肌力和肌張力之間存在線性正相關(guān)關(guān)系[19-20]。MPF是反映sEMG信號頻率特征的參數(shù)，表示過功率譜曲線重心的頻率，其大小與外周運動單位動作電位的傳導(dǎo)速度、參與活動的運動單位類型以及其同步化程度有關(guān)[5,21]。MF是指骨骼肌收縮過程中肌纖維放電頻率的中間值。正常情況下，人體不同部位骨骼肌MF值差異較大，這取決于肌肉組織興奮時主要表現(xiàn)高頻放電的快肌纖維和以低頻電活動為主的慢肌纖維的組成比例[22-24]。

表5 SS階段試驗組患側(cè)、健側(cè)及對照組右側(cè)下肢肌肉的sEMG比較

表6 SW階段試驗組患側(cè)、健側(cè)及對照組右側(cè)下肢肌肉的sEMG比較

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)健康人在SS階段，常是腓腸肌的用力程度大于TA，而腦卒中患者患側(cè)下肢出現(xiàn)與健康人相反的情況，可能是腦卒中患者為了維持站立平衡，身體前傾所致，或是由于患者腦損傷后大腦對神經(jīng)肌肉支配異常的結(jié)果[25]。

另外，本研究結(jié)果顯示，腦卒中患者下肢肌肉的sEMG信號在步態(tài)周期中較健康受試者發(fā)生明顯的改變。這提示康復(fù)治療師在對腦卒中患者進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練時可將步態(tài)周期劃分為四個階段并逐個階段進(jìn)行訓(xùn)練，尤其應(yīng)該加強(qiáng)SS階段的鍛煉；同時應(yīng)注意訓(xùn)練腦卒中患者的下肢肌力，尤其是提高患者雙下肢腓腸肌的肌力。此外，應(yīng)采取一切行之有效的方法如強(qiáng)制性使用等，促使患者多使用患側(cè)，加強(qiáng)訓(xùn)練患者重心在健側(cè)與患側(cè)之間的轉(zhuǎn)移等可盡快促使患者異常步態(tài)的康復(fù)。