感覺運動性鞋墊對腦性癱瘓兒童步態(tài)及能量消耗的影響

龐冬清，劉介生，劉勁松，吳衛(wèi)紅

1.清華大學(xué)第一附屬醫(yī)院（北京華信醫(yī)院）神經(jīng)內(nèi)科，北京市100016；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，a.脊柱脊髓外科；b.假肢矯形部；c.兒童康復(fù)科，北京市100068

腦癱患兒運動或感覺傳導(dǎo)通路發(fā)生障礙，導(dǎo)致肌張力、肌力異常和運動控制障礙，引起步態(tài)異常[1]，增加了步行中的能量消耗[2]。在腦癱患兒康復(fù)過程中，應(yīng)注意患兒的本體感覺障礙。有研究表明，可以通過改善感覺運動系統(tǒng)來改善患兒的運動模式[3]。近年來德國人Shoemaker Jarhling提出感覺運動性鞋墊(sensomotor insole,SMI)，最初設(shè)計該鞋墊的目的是改善兒童異常的痙攣性步態(tài)[4-5]。其設(shè)計理念是通過改變足底皮膚的感覺輸入及本體感覺輸入來改變肌肉激活模式，從而調(diào)整下肢肌肉張力、運動活性和運動的協(xié)調(diào)性，減輕下肢過度的內(nèi)外旋，改善異常步態(tài)[6-7]。關(guān)于該鞋墊對腦癱兒童步態(tài)時空參數(shù)及步行能量消耗的影響，仍需進一步研究[4,8]，為SMI的臨床應(yīng)用提供臨床依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年12月至2016年3月在中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院兒童康復(fù)科門診就診的3～15歲痙攣型腦癱患兒42例，其中男性21例，女性21例；平均年齡(6.10±2.61)歲；痙攣型雙癱31例，痙攣型右側(cè)偏癱10例，痙攣型左側(cè)偏癱1例。入組患兒基本資料及SMI適配情況見表1。

納入標準：①診斷符合痙攣型腦癱；②有獨立步行能力，可連續(xù)平地步行≥6 min；③雙側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈肌力≥2級；④雙側(cè)小腿三頭肌改良Ashworth分級≤Ⅱ級或肌張力低下；⑤年齡3～15歲；⑥粗大運動功能分級系統(tǒng)(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)分級Ⅰ～Ⅱ級；⑦既往6個月內(nèi)未曾穿戴矯形器具。

排除標準：①智力低下或存在認知障礙，無法理解并聽從指令；②下肢已形成固定攣縮畸形，踝關(guān)節(jié)不能被動矯正至中立位；③之前6個月內(nèi)或準備在實驗期間對患側(cè)下肢進行肉毒毒素注射，接受過鞘內(nèi)巴氯芬注射，或其他能夠降低下肢肌張力手術(shù)；④實驗期間出現(xiàn)癲癇發(fā)作。

本研究項目已通過醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審批，所有被試者均由其監(jiān)護人員簽署知情同意書。

1.2 方法

下肢內(nèi)旋患兒佩戴杯狀型SMI；外旋患兒佩戴平面型SMI；足內(nèi)翻患兒，終末墊貼于足墊底面外側(cè)緣；足外翻患兒則貼于內(nèi)側(cè)緣。

SMI由乙烯-醋酸乙烯聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer,EVA)泡沫材料制作而成，包括一個法蘭絨材質(zhì)的基礎(chǔ)鞋墊和5個刺激元素組件。5個刺激元素組件及其作用分別是：①四趾墊，具有助伸趾、調(diào)整前足內(nèi)旋的作用；②跖骨墊，具有刺激足底內(nèi)在肌，降低足跖屈肌和小腿三頭肌肌張力的作用；③后跟外側(cè)墊，可調(diào)整腓骨肌及拇收肌活性；④后跟內(nèi)側(cè)墊，與后跟外側(cè)墊協(xié)同維持足跟處于正常位置，刺激調(diào)整脛骨肌群活性；⑤終末墊，為楔形墊，可根據(jù)病情需要墊于足墊底面內(nèi)側(cè)或外側(cè)緣，具有矯正足內(nèi)翻或外翻的作用。見圖1。

1.3 療效評定

分別在不穿SMI與穿戴SMI兩種情況下進行步態(tài)分析及能量消耗測試，具體方法如下。

IDEEA(Intelligent Device for Energy Expenditure and Activity)運動傳感器(美國MINISUN公司)是一款包含微處理芯片的新型傳感器，由5個16×4×4 mm小型加速度傳感器通過導(dǎo)線相連，核心處理模塊固定于髖部。5個傳感器分別固定于胸部、兩大腿中部和兩足。

在走廊內(nèi)測量出一段長30 m的距離，囑患兒以最大可能的速度在這段距離內(nèi)往返行走6 min?；颊呷绻荒苣褪?，可以停下休息，可以吸氧但不予以鼓勵。在測試過程中，告訴患兒剩余時間。在該測試的前、中、后分別檢測患者的心率、血壓、血氧飽和度。

表1 入組患兒基本資料及SMI適配情況

測試結(jié)束后，記錄患者行走的總距離，以及行走中暫停的次數(shù)和吸氧的時間?；純涸跍y試前和測試后進行適當(dāng)?shù)臒嵘砘顒雍驼砘顒?，如活動關(guān)節(jié)、伸展肌肉、慢走和深呼吸等。通過IDEEA記錄步態(tài)時空參數(shù)和能量消耗。其中，步態(tài)時空參數(shù)包括步行距離、雙側(cè)平均單支撐期(both feet single limb support,BSLS)、雙側(cè)平均雙支撐期(both feet double limb support,BDLS)、步速、左步長和右步長。

IDEEA運動傳感器及步態(tài)時空參數(shù)、能量消耗測試過程如圖2所示。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

圖1 SMI

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件包進行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)均以(xˉ±s)表示，自身比較采用配對樣本t檢驗；非正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用[M(P25,P75)]表示，采用配對樣本秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)時空參數(shù)

穿SMI后步行6 min的距離、步速、左步長、右步長均顯著大于穿SMI前(P＜0.001)，穿SMI后BSLS明顯短于穿SMI前(P＜0.01)。見表2。

2.2 能量消耗

穿SMI后步行6 min的能量消耗高于穿SMI前(P＜ 0.05)。見表2。

3 討論

本研究顯示，佩戴SMI可以即刻提高痙攣型腦癱患兒的步速、步長和步行距離。

Mabuchi等[9]運用三維步態(tài)分析系統(tǒng)，研究6例先天性足畸形患兒和4例特發(fā)性拇內(nèi)翻畸形患兒，發(fā)現(xiàn)SMI可顯著減少擺動相末期和支撐相的股骨近端內(nèi)旋角度，減少站立相中期和末期的脛骨內(nèi)旋角度，增加步速和步長。Pasin等[10]運用三維步態(tài)分析系統(tǒng)，研究5例正常發(fā)育兒童和5例腦癱兒童，發(fā)現(xiàn)SMI可以提高GMFCSⅠ或Ⅱ級的痙攣型腦癱患兒的步速和步頻。

以前，矯形鞋墊的設(shè)計原理主要是通過鞋墊的機械支撐作用來改善足底壓力分布和骨骼結(jié)構(gòu)，并糾正下肢生物力線，從而改善疼痛和步行異常姿勢，如足弓墊、外側(cè)楔形鞋墊等[8,11-14]。有證據(jù)表明[1,15]，感覺運動的改變可能也是一個重要因素。Jahrling等[4-5]提出SMI的設(shè)計目的是改善兒童異常的痙攣性步態(tài)，并證實本體感受性鞋墊可改善有柔軟性馬蹄足或馬蹄內(nèi)翻足畸形的腦癱患兒的步態(tài)時空參數(shù)[16]。此外，它還可以改善非僵硬性(柔軟性)足部畸形[17]。Aminian等[18]將12只柔軟性扁平足納入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的鞋墊結(jié)構(gòu)對足底壓力分布有著不同的影響。與預(yù)制鞋墊和只穿鞋相比，SMI降低了中足內(nèi)側(cè)區(qū)域的壓力，考慮SMI有可能改變足底表面的感覺反饋。

圖2 IDEEA運動傳感器及步態(tài)時空參數(shù)、能量消耗測試

表2 穿SMI前、后自身對照比較

軀體的各種姿勢和運動都是在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下進行的。行走的高級調(diào)控機制極其復(fù)雜，對于步行高級中樞的定位和其對步態(tài)的調(diào)控方式至今尚未明了[19]。中央模式發(fā)生器(central pattern generators,CPGs)通常被定義為能夠產(chǎn)生中央命令的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，特別是控制刻板印象和節(jié)律性運動行為的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。一些位于腦干和脊髓區(qū)域的CPGs已經(jīng)被證明是諸如吞咽、咀嚼、呼吸、排便、排尿、射精和運動等復(fù)雜行為表達的基礎(chǔ)[20]。脊髓中存在CPGs[21]，它是控制步態(tài)的低級中樞，接受上位中樞的調(diào)控，同時也接收軀干四肢肌肉和關(guān)節(jié)等處的皮膚機械刺激和本體感覺信息傳入。傳入信息傳入脊髓，通過脊髓神經(jīng)元間環(huán)路形成節(jié)奏性的運動模式，可使屈肌、伸肌在步行時交替運動，表現(xiàn)為肢體支撐-擺動交替[22]；并根據(jù)本體感覺和皮膚感覺的輸入信息提高或降低肌張力，從而控制正在進行中的動作[16,23]。SMI的各部件增加了足底局部的壓力，皮膚感受器、肌梭和高爾基體探測到這種壓力的增加，并傳入到脊髓中間神經(jīng)元池，引起脊髓和脊髓以上的適應(yīng)性變化，傳出信息傳輸?shù)郊∪猓瑥亩{(diào)整下肢肌肉肌張力、運動活性及運動的協(xié)調(diào)性，從而糾正柔軟性足部畸形，減輕下肢過度的內(nèi)外旋，改善異常步態(tài)[6]。

本研究顯示，穿SMI后BSLS小于穿前，BDLS無明顯差異。同側(cè)的一個步態(tài)周期分為站立相和邁步相兩個階段。僅有一側(cè)下肢與地面接觸時稱單支撐期，又稱邁步相，即本研究中的BSLS。一側(cè)足跟著地至對側(cè)足趾離地前有一個雙腳與地面接觸的時期，成為雙支撐期，又稱站立相，即本研究中的BDLS。雙支撐期大約相當(dāng)于對側(cè)足的蹬離期。痙攣型腦癱患兒由于趾屈肌肌張力升高[24]，使患兒在首次著地時踝關(guān)節(jié)跖屈角度明顯增加，從而使首次著地方式改變，為足尖著地或全足著地[25]，患者不能將中心從足跟轉(zhuǎn)移到足尖，身體重心前移，呈前沖步態(tài)。另外，腦癱患兒足趾屈肌的肌力往往減弱，故患兒的蹬離動作時間短且無力。從而影響身體及下肢向上、向前的擺動，導(dǎo)致步長縮短、步速減慢。本研究表明，穿SMI后患兒單支撐期縮短，雙支撐期相對延長，意味著蹬離期時間延長，蹬離動作更加充分有力，從而獲得更大的步速和步長。Hafkemeyer等[26]對20例痙攣型偏癱型患兒，用GAITRite足底壓力墊系統(tǒng)分別測試裸足、穿鞋不穿鞋墊和穿鞋穿鞋墊三種情況下的步態(tài)時空參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SMI可以延長足跟著地時間，改善腦癱患兒足跟著地時間短的問題；穿SMI后站立相和雙支撐期延長，單支撐期縮短。

IDEEA是三維加速度計的一種，它對運動類型、步態(tài)時空參數(shù)等及能量消耗的評估精確性很高[27]，并且，身高、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)和年齡對其評測的精確性影響很小或沒有影響[28]。因其簡單、方便、不受實驗室限制的特點，已被應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后[27]或髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的步態(tài)評估[29]，另外還包括正常兒童[30]和青年人[31]及運動障礙老年人[32]的運動形式和能量消耗研究，同樣也用于研究腦癱兒童的步態(tài)時空參數(shù)分析和能量消耗研究[33]。Arvidsson等[34]對三種能量消耗測試裝置SenseWear Pro2 Armband(SWA)、IDEEA和ActiReg(AR)對兒童不同活動類型的能量消耗進行對比，發(fā)現(xiàn)IDEEA對兒童步行能量消耗的評估準確性優(yōu)于其他兩種。

本研究結(jié)果顯示，穿SMI后即刻的能量消耗較穿SMI前高，這種能量消耗的輕度增加考慮與步速和步長增加有關(guān)。步長的增大需要擺動肌收縮增強，以及支撐肌收縮增強，垂直方向上人體重心的偏移增加[35]。而影響行走能量消耗最主要的變量是重心的偏移[36]。

綜上所述，SMI作為一種矯形鞋墊，穿后即刻便可改善痙攣型腦癱患兒的步態(tài)時空參數(shù)，輕微增加患兒的能量消耗。