器械輔助在帕金森病患者運動康復中的應用研究進展

尹慧梅，全鳳英

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，重慶)

0 引言

帕金森病(Parkinson’s Disease PD)：是一種以運動和非運動癥狀為特征的神經退行性疾病，常見于中老年人，我國65 歲以上人群總體患病率為1700/10 萬[1]，是第二常見的神經系統(tǒng)變性疾病，僅次于阿爾茨海默病。由于帕金森病沒有確切的治療方法，PD 的治療是基于對癥治療，如藥物治療(左旋多巴)和外科手術治療(如深部腦電刺激)，然而，即使采用最佳的醫(yī)療和外科治療，PD 患者的自主神經功能仍在不斷惡化，并伴有越來越嚴重的殘疾，這在很大程度上與步態(tài)、平衡和姿勢等非多巴胺能特征相關，因此有學者提出康復物理治療，且越來越多的實驗表明：康復物理治療能在一定程度上改善患者功能狀況，提高日常生活活動能力。

目前，康復治療的方法有很多，如感覺提示、運動訓練、器械輔助、虛擬現實、運動想象等。而隨著近年來智能技術和機械化的快速發(fā)展，以及具有高劑量、高強度的規(guī)范化訓練優(yōu)勢，器械輔助康復在帕金森病領域應用越來越廣泛，其中，以跑步機、康復機器人以及自行車為主要輔助器械，現就其在帕金森病患者運動功能康復中的應用綜述如下。

1 跑步機

帕金森病是一種進行性神經退行性疾病，主要運動癥狀表現為運動遲緩、靜止性震顫、姿勢異常以及肌張力增高，患者往往表現為低步幅、慌張步態(tài)甚至凍結步態(tài)(Frozen gait，FOG)，嚴重影響了患者的運動狀態(tài)、生活質量甚至易引起跌倒。而既往的研究表明：對于帕金森的步態(tài)訓練，跑步機訓練已成為一種常用的方法。跑步機訓練能提高PD 患者的步速與步幅，增加其步態(tài)穩(wěn)定性，改善步行能力，同時還能降低FOG 發(fā)作次數[2-3]。可能機制：(1) 增加多巴胺能神經遞質水平：Hood 等[4]對帕金森病模型動物進行跑步機訓練，可使運動皮質中TH 表達增加，提高TH 活性，促進多巴胺能神經生長，提高帕金森病患者運動能力。Arnold 等[5]的研究表明，跑步機訓練可促使囊泡釋放，多巴胺增加，突觸數目增多，多巴胺清除減少，多巴胺轉運體表達上調，從而升高多巴胺能神經遞質水平。(2) 促進神經突觸的可塑性：Fisher 等[6]研究發(fā)現，帕金森病小鼠模型進行強化跑步機運動可增加多巴胺D2 受體的數量，促進神經重塑。(3)促進免疫系統(tǒng)激活：跑步機訓練通過抑制小膠質細胞活化，制延緩多巴胺能神經元變性缺失，從而緩解帕金森病的癥狀[7]。

Bello 等[8]探索在跑步機上行走和在地面上行走兩種方案對PD 患者的效果的研究中，結果顯示，跑步機訓練對帕金森的步態(tài)和平衡有特殊的治療作用，且步態(tài)參數改變可以維持在訓練后一個月。且該研究第一次清楚的表明，與跑步機訓練相關的影響和跑步機本身有關，而不是由于步行的數量，因為在地面組沒有發(fā)現類似影響。而其中的原因可能是跑步機訓練后患者的平衡功能顯著改善，從而引起步幅增長，也有可能是跑步機訓練能夠改善步幅的內部調節(jié)機制[9]，但具體的機制目前仍不清楚，有待進一步研究。

Trigueiro 等[10]研究也證實，跑步機訓練能有效改善患者的運動障礙和平衡功能，同時，還提示額外增加身體負荷(5%或10%)對結果沒有影響。相反，近年來越來越多專家提倡減重支持訓練。減重步行系統(tǒng)通過減重吊帶將人體懸吊， 使患者步行時髖部和雙下肢的負重減輕，提高患者步行穩(wěn)定性；同時減少了步行中下肢相關肌群的收縮負荷，改善和加大下肢關節(jié)的活動范圍，步幅相應加大，從而提高了步行速度[11]。減重支持可以提高患者的運動穩(wěn)定性，增強訓練效果，減輕看護者負擔，降低患者在康復訓練中因身體平衡障礙而出現的意外風險，同時減輕患者恐懼心理[12]。Miyai 等[13]研究了減重平板步行訓練對PD 患者步態(tài)及癥狀的影響，減重步行訓練與傳統(tǒng)的康復練習相比，運動功能改善更大，有減重支持的運動平板練習比沒有減重支持的練習更有效。還有研究表明跑步機訓練結合外部反饋效果更優(yōu)化，比如視覺提示和音樂干預結合跑步機訓練對帕金森病患者凍結步態(tài)和步幅改善更明顯[14-16]。

2 康復機器人

康復機器人(Rehabilitation robots) 作為一種新型機器人，它貫穿了康復醫(yī)學、 生物力學、 機械學、電子學、材料學、計算機科學及機器人等眾多領域，是一種自動化程度很高又有效的康復訓練[17]。臨床上多采用瑞士Hocoma 公司研究開發(fā)的Lokomat 下肢機器人步態(tài)訓練系統(tǒng)。該系統(tǒng)由外骨骼式矯正器 、減重支持系統(tǒng)和運動跑臺構成，基于“重復、集中、任務導向”的理念，幫助患者模擬正常的生理步態(tài)模式進行步行訓練[18]。

在過去十幾年里，將機器人技術引入帕金森康復環(huán)境已經從概念發(fā)展到現實，多項研究顯示，機器人訓練是一種安全、可行、有效的康復方式，特別是PD 患者的步態(tài)恢復[19-21]。近幾年國內也掀起了康復機器人的熱潮，劉燕平等[22]在常規(guī)康復的基礎上進行Lokomat 下肢康復機器人步行訓練，結果顯示：治療組在訓練Berg平衡量表(Berg Balance Scale，BBS)、即時起立行走測試(Timed Up and Go Test，TUGT) 和6min 步 行 試 驗(SixMinites Walking Test，6MWT)與治療前比較有顯著性提高(P＜0.05)，提示Lokomat下肢康復機器人可提高PD 患者平衡能力、步行能力和步行耐力。治療組訓練后與對照組相比較差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，提示Lokomat 下肢康復機器聯合常規(guī)康復訓練方法治療PD 比單用常規(guī)治療效果較好。與陳登鐘等[23]的實驗結果基本一致，在 TUGT、步長、步速這些反應行走功能的指標上，機器人步行訓練組效果較常規(guī)康復訓練組更明顯，差異有顯著意義；對于BBS 得分的改善，兩組方法無顯著差異。對于平衡功能，兩組研究結果存在差異性，原因可能是兩組研究的實驗對象H-Y 分期不同以及參數設置不統(tǒng)一有關。

綜合康復訓練結合機器人步態(tài)訓練較單純的綜合康復訓練在改善帕金森患者步行能力方面效果更顯著，這可能與以下的原因相關：可能是：(1)機器人系統(tǒng)輔助訓練在一定時間內進行高密度的重復運動可以降低痙攣[24]，同時可以強化外周深淺感覺輸入[25]；(2)機器人輔助訓練系統(tǒng)可以設定相應的關節(jié)角度，糾正“小步態(tài)”，其強迫性運動以及平板速度的逐步增加，促使患者努力向前邁步；(3)機器人訓練系統(tǒng)提供了充分的感覺反饋，屏幕上可以顯示患者的用力程度，同時控制患者進行節(jié)律性步行；(4)帕金森疾病伴隨焦慮、抑郁等非運動癥狀，機器人訓練系統(tǒng)較常規(guī)康復訓練提供了安全的環(huán)境和充分的保護，利于恢復步行功能。

Lokomat 下肢康復機器人步態(tài)訓練，可幫助患者進行運動再學習，具備許多人工所無法比擬的特點，如長期、穩(wěn)定地定量運動輸入，并實時反饋，保證訓練的一致性和持續(xù)性，實現訓練方案及康復評估參數化，但是具體參數的設置還待進一步規(guī)范，比如患者髖、膝關節(jié)屈伸角度的設定、步行的速度、減重程度等；同時由于樣本數量相對較少且缺乏長期的隨訪觀察，因此，對于下肢康復機器人的輔助治療，還有待更深入的研究。

3 自行車

近幾年，有研究表明，騎自行車的能力在PD 患者中驚人地保留下來。在關于這一現象的第一份報告中，有一段視頻顯示了一名58 歲的男子，他有10 年的PD 病史，患有嚴重的凍結步態(tài)，經常摔倒在地，當提供視覺提示時，也只能完成幾個步驟，根本不可能進行轉彎，然而，患者在騎自行車和控制自行車方面沒有明顯的問題，跳下自行車，凍結步態(tài)又出現了[26]。這一現象激起了研究者通過模擬自行車訓練可能改善帕金森患者步態(tài)異常，尤其是凍結步態(tài)的研究興趣。

自行車訓練可以改善PD 患者的步態(tài)異常，特別是凍結步態(tài)，可能的原因是：(1)高強度的運動可以促進神經可塑性和神經保護，防止多巴胺能細胞的丟失[27]。(2)高頻率的被迫踏板運動，可以激活大腦皮層和皮層下活動，功能MRI 的影像數據支持了這一機制。(3)自行車的旋轉踏板可以作為腿部的外部節(jié)奏提示[28]。(4)騎自行車的特殊條件，例如踏板的連續(xù)阻力和角動量可能會提供與步行不同的反饋[29]。根據幾項研究表明，被迫運動可以顯著改善運動癥狀[30-32]。一種新的方法被引入PD 患者的運動康復，這種方法使用一個固定的雙人自行車和一個健全的自行車教練，教練來幫助PD 患者以80-90 轉/分之間的節(jié)奏踏板，這個速度比他們自己騎行速度快了30%，根據測試，高頻率的串聯自行車顯著降低了PD患者的運動癥狀，特別是，震顫和運動遲緩明顯減少，而且這種改善是全身性的，上肢運動癥狀也得到了改善。但是每次康復都需要教練陪同，在現實康復中是不現實的，基于以上結果，研究者設計和開發(fā)了一款單騎智能運動自行車，基本框架是一個商用自行車底盤，同時配備了電機和控制設備，實時記錄騎手的心率、速度、能量等數據，自行車可支持兩種運動模式：靜態(tài)和動態(tài)騎行。在靜態(tài)模式下，電機通過反饋控制運行，車手控制自行車的踏板速度，在動態(tài)模式下，電機保持一個設定值的功率，同時保持一個指定速度。經過實驗驗證，動態(tài)騎行較靜態(tài)騎行癥狀明顯改善[33]。Angea 等[34]的研究也證實了這一點，在動態(tài)模式下，電機保持75-85 轉/分，在靜態(tài)模式下，騎手決定踏板的節(jié)奏，經過4 次訓練后，結果顯示UPDRS評分在動態(tài)組有13.9%的改善，而在靜態(tài)組中又有0.9%的改善，動態(tài)組的TUG 也有16.5%的改善，而靜態(tài)組只有8%的改善。同時，由于低輸出功率和強迫運動，也降低了患者受傷、過度疲勞和不服從的風險。Angea 等[35]還做了另一個實驗，將實驗分為騎車組和拉伸組，騎車組采用高頻率循環(huán)，拉伸組采用全身拉伸運動，干預2周過后，PD 患者的運動遲緩、僵硬和活動能力持續(xù)改善，效益在48小時內得以維持，雖然沒有直接回答關于最佳訓練頻率的問題，但它提供了有關的比較數據。

Nadeau A[36]等對PD 患者和健康人群都采用為期12 周的固定自行車有氧運動，結果兩組在有氧能力、執(zhí)行力和認知能力都有明顯改善，只有PD 患者的步行速度和步頻有所改善，且訓練相關的有氧能力改善和步行速度改善呈正相關，由于其穩(wěn)定舒適的坐姿，使用固定自行車進行有氧運動對于PD 患者是可行的，也是安全的，但由于固定自行車所帶來的物理局限性(平衡障礙)和長久效益仍有待研究。

4 小結

對于PD 患者的步態(tài)康復，器械輔助康復訓練越來越成熟，其中跑步機訓練已成為一種常用的方法，其康復效果也比較明確。同時越來越多的研究將機器人和自行車作為PD 患者康復運動新方法，其效果也較顯著，并與跑步機訓練做了一些對比。Picelli[37]等做了隨機對照試驗，將機器人輔助步態(tài)訓練與同等強度的跑步機訓練應用于輕到中度PD 患者，結果兩組步態(tài)參數改善無差別，但在平衡功能方面，前者較后者改善明顯，可能與外骨骼式矯正器和體重支持系統(tǒng)有關。I.Arcolin[38]等將自行車訓練和跑步機訓練也進行了對比，結果在6MWT、TUGT、UPDRS 測評中，取得了一樣的成績，但自行車較平板更方便更安全。

康復治療是帕金森病患者治療過程中重要的方法之一，是藥物治療和外科手術治療之外的補充，器械輔助康復訓練能夠保證長期、穩(wěn)定地定量運動輸入，提供實時的反饋信息，保證訓練過程中的一致性和持續(xù)性，實現訓練方案及康復評估參數化，但是這些方法的作用機制以及效果長久性目前仍不明確，以及康復訓練的頻率、強度、參數都還沒有具體的參考指南，仍需進一步的研究。