步態(tài)適應(yīng)性訓(xùn)練在腦卒中康復(fù)中應(yīng)用的研究進展

鐘連超，魏鴻瞻，董心，彭曉靜，鄭潔皎

1.山東大學(xué)齊魯醫(yī)院，山東濟南市 250012；2.上海體育學(xué)院，上海市 200438；3.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院，上海市 200040；4.上海市光華中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，上海市200052

腦卒中是我國成年人致死、致殘的首位病因[1]。社會老齡化的發(fā)展，肥胖、吸煙和缺乏運動等不良生活習(xí)慣，都會增加腦卒中發(fā)病的可能[2]。預(yù)計2030 年我國腦血管病事件的發(fā)病率將比2010 年升高約50%[3]。腦卒中患者存在多種功能障礙，步行障礙是最常見的功能障礙之一，表現(xiàn)為患側(cè)腿蹬離地面時推力減弱，擺動相早期屈髖不足，中期足下垂、足內(nèi)翻導(dǎo)致足部廓清障礙，常采用劃圈步態(tài)代償[4]。早期康復(fù)可使60%的患者恢復(fù)基本的步行功能[5]，但75%的患者報告在現(xiàn)實環(huán)境中步行困難[6]，行走速度和距離難以達到社區(qū)安全步行的要求[7]，主要原因是偏癱患者步態(tài)適應(yīng)性下降，面對復(fù)雜環(huán)境無法做出相應(yīng)的步態(tài)調(diào)整，如不能及時改變步態(tài)來躲避障礙物等[8-9]；這不僅導(dǎo)致患者跌倒、骨折的發(fā)生率增加，而且出現(xiàn)更高水平的焦慮、抑郁和恐懼情緒，對身體和心理造成嚴重不良影響[10-11]。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)基于生物-心理-社會的醫(yī)學(xué)模式，將殘疾作為社會性問題。步態(tài)適應(yīng)性訓(xùn)練(gait adaptability training,GAT)符合《國際功能、殘疾與健康分類》(International Classification of Functioning,Disability and Health,ICF)的理論框架[12]，強調(diào)個體、任務(wù)和環(huán)境之間的相互作用，在提高患者基本步行功能的同時，增強其平衡和步行信心，使其重新回歸社會。

當前物理治療實踐強調(diào)步行功能的恢復(fù)，多數(shù)側(cè)重于步行分解動作和直線步行練習(xí)，GAT沒有得到應(yīng)有的重視。本文對GAT在腦卒中患者康復(fù)的臨床應(yīng)用進行綜述，為臨床實踐提供參考。

1 步態(tài)適應(yīng)性

近年來，步態(tài)適應(yīng)性受到越來越多研究者的關(guān)注。針對不同任務(wù)和環(huán)境，步態(tài)適應(yīng)性會產(chǎn)生不同組合，但缺乏統(tǒng)一的術(shù)語來描述。Balasubramanian 等[13]基于個體潛能和環(huán)境背景，從不同維度對步態(tài)適應(yīng)性進行概括，包括跨越障礙、時間限制、認知雙任務(wù)、地形要求、環(huán)境要求、姿勢轉(zhuǎn)換、運動雙任務(wù)、身體負重和交通限制(注意力需求)9 個方面。簡單來說，步態(tài)適應(yīng)性是指為了滿足任務(wù)目標和環(huán)境限制而調(diào)整步態(tài)，例如改變速度和方向以躲避障礙物，在不平坦的地形或雜亂的環(huán)境中調(diào)整步長、步頻、單側(cè)下肢支撐相和關(guān)節(jié)角度等步態(tài)參數(shù)，以確保足部放置與環(huán)境特征相適應(yīng)[14-16]，保證步行的安全性和有效性。

Grillner 等[17]提出，中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有意義的步行需要3個部分參與：雙下肢節(jié)律性往返運動的基本步行模式；適當?shù)钠胶饪刂?；一定的運動控制適應(yīng)能力，使步行根據(jù)任務(wù)目標和環(huán)境的變化進行調(diào)整。

人的基本步行模式通過脊髓中的中樞模式發(fā)生器(central pattern generator,CPG)控制，它能自動產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩，有序激活伸肌和屈肌交替收縮，激發(fā)肢體產(chǎn)生節(jié)律運動[18-19]。皮質(zhì)脊髓束是人類主要的運動控制通路，能根據(jù)環(huán)境調(diào)整步行，對步行的精細控制十分必要[20]。當周圍環(huán)境和任務(wù)對步行要求更加精準時，皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元的活動更加活躍，通過調(diào)整步速、步幅等步態(tài)參數(shù)，改變關(guān)節(jié)活動角度和身體重心，減少足部位置的變異性[21-25]，即步態(tài)適應(yīng)性取決于皮質(zhì)脊髓束的傳導(dǎo)。

腦卒中通常直接損傷皮質(zhì)脊髓束、大腦白質(zhì)和運動皮質(zhì)等與步行相關(guān)的運動通路，患者在應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境時，步行適應(yīng)能力下降，對步行的注意力需求增加[26]。GAT 可有效激活受損的大腦皮質(zhì)運動區(qū)，改善大腦皮質(zhì)重組，提高患者社區(qū)步行水平[27-28]。進行GAT 是偏癱患者恢復(fù)社區(qū)功能性步行必不可少的部分。

2 GAT

2.1 定義

GAT是指在特定情景下，根據(jù)任務(wù)變化改變步行模式，使步態(tài)與周圍環(huán)境相適應(yīng)的訓(xùn)練；通過變換地形(斜坡、草地)、光線、聲音和生活情景(人行道、醫(yī)院、購物中心、社區(qū))等，控制環(huán)境因素，要求患者在完成跨越障礙、姿勢轉(zhuǎn)換、上下樓梯、負重或交談等任務(wù)的過程中不斷調(diào)節(jié)步速、步幅、跨步時間等[29]，確保足部放置與周圍環(huán)境相適應(yīng)，并逐步增加環(huán)境限制和任務(wù)難度，以獲得接近正常的步行功能。

2.2 臨床評定

臨床上通常采用的功能性步行評定包括10米步行測試(10-Meter Walk Test,10MWT)、計時起立行走測試(Timed 'Up and Go'Test,TUGT)和Fugl-Meyer評定下肢部分等[15,30-31]。這些方法操作簡單易行，使用率較高，但受主觀因素影響較大，有一定局限性。

有研究者將三維運動捕捉系統(tǒng)與步態(tài)適應(yīng)性任務(wù)相結(jié)合，測試患者踩踏目標或躲避障礙物的成功率[32-34]，或評估患者在面對不同任務(wù)(如跨越障礙、轉(zhuǎn)彎等)和環(huán)境(如不平坦的地形)時步態(tài)參數(shù)和關(guān)節(jié)角度的變化[33-35]，以定量評估步行功能。成功率的計算強調(diào)特定任務(wù)在步態(tài)適應(yīng)性評估中的重要性，可以衡量GAT 的轉(zhuǎn)移和保留效果。van Ooijen 等[36]通過雙重任務(wù)Stroop 測試評估訓(xùn)練后患者的注意力需求。以自我評估的方式衡量患者的自我效能感也十分重要，常用的有特定任務(wù)平衡信心量表(Activities-specific Balance Confidence Scale,ABC)和跌倒效能量表等[30,35,37]。

2.3 治療原則

GAT 應(yīng)以評估為依據(jù)，明確患者是否具備基本的步行能力，以保證安全步行，防止跌倒；循序漸進、由易到難，根據(jù)患者表現(xiàn)逐漸增加任務(wù)難度和環(huán)境復(fù)雜程度；通過視覺、聽覺提示等對步行表現(xiàn)進行及時反饋，給予患者正向強化，以提高其信心和訓(xùn)練積極性；同時注重關(guān)節(jié)活動度、肌力和平衡能力的整體訓(xùn)練。

3 GAT在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用

根據(jù)訓(xùn)練所處環(huán)境不同，GAT分為真實環(huán)境下和模擬環(huán)境下訓(xùn)練兩大類，模擬環(huán)境又分為簡單室內(nèi)場景，以及基于虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造出的多模態(tài)場景。

3.1 真實環(huán)境

大多數(shù)腦卒中患者在醫(yī)院或標準化環(huán)境中進行康復(fù)訓(xùn)練，這種可控環(huán)境下獲得的技能難以滿足在家庭和復(fù)雜外部環(huán)境中步行所需[38]。環(huán)境因素是決定患者社區(qū)活動、社會參與水平的關(guān)鍵?；谡鎸嵀h(huán)境的GAT 是指患者在復(fù)雜多變的現(xiàn)實環(huán)境中，根據(jù)任務(wù)調(diào)整步態(tài)的訓(xùn)練。

Park 等[39]對腦卒中患者在常規(guī)物理治療基礎(chǔ)上，行以現(xiàn)實環(huán)境為基礎(chǔ)的GAT 4 周，每周逐漸增加訓(xùn)練環(huán)境和任務(wù)難度，包括在醫(yī)院附近平坦的地面步行；經(jīng)人行橫道過馬路；在社區(qū)走斜坡并且躲避街道、樹木和建筑物；穿過一條包含人行道、停車場在內(nèi)的路線到達購物中心，在購物中心里上下樓梯并推手推車步行；治療后患者10MWT、6MWT 和ABC 評分變化值高于對照組。朱經(jīng)鎮(zhèn)等[40]發(fā)現(xiàn)，基于現(xiàn)實環(huán)境的GAT比常規(guī)步行訓(xùn)練能更有效改善腦卒中患者的步行信心，有利于患者適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，降低對跌倒的恐懼。Kim 等[41]發(fā)現(xiàn)，在真實環(huán)境中進行GAT 可能是改善慢性腦卒中患者步行功能，提高社會參與的有效方法。

基于現(xiàn)實環(huán)境的GAT 涵蓋日常生活具有挑戰(zhàn)性、跌倒風(fēng)險的特定情景，有利于患者對復(fù)雜環(huán)境作出相應(yīng)的步態(tài)調(diào)整，提高適應(yīng)能力；成功的體驗也可以減少恐懼感，使平衡和步行信心得到改善。

3.2 模擬環(huán)境

3.2.1 簡單室內(nèi)場景

簡單室內(nèi)場景的GAT 是指在康復(fù)大廳或其他室內(nèi)環(huán)境下進行、以具體任務(wù)為導(dǎo)向、不斷調(diào)整步態(tài)的步行訓(xùn)練，如跨越障礙、姿勢轉(zhuǎn)換、上下樓梯、提物負重步行和倒走等[42]。該訓(xùn)練以任務(wù)和患者為中心，通過募集病變周圍相鄰腦組織的功能重建和非損傷組織再生，誘導(dǎo)運動皮質(zhì)適應(yīng)性重組，加強對信息的判斷整合，重建神經(jīng)系統(tǒng)對運動控制的有效支配[43-44]。該訓(xùn)練基于高質(zhì)量證據(jù)，對改善腦卒中患者下肢運動功能的推薦等級為A[45]。

Verma 等[46]在康復(fù)大廳設(shè)置不同的工作站，將上下樓梯、轉(zhuǎn)彎、撿拾物品、跨越障礙、負重步行、踩踏目標走等結(jié)合成一套以任務(wù)為導(dǎo)向的循環(huán)步行訓(xùn)練，與接受神經(jīng)發(fā)育療法治療的對照組相比，試驗組在功能步行分級(Functional Ambulation Classification,FAC)、6MWT 和步長對稱性上效果更好。Outermans等[47]發(fā)現(xiàn)，任務(wù)導(dǎo)向性步行訓(xùn)練可以顯著提高患者6MWT和10MWT 表現(xiàn)。有研究顯示[48]，經(jīng)12 周共6 h 任務(wù)導(dǎo)向的循環(huán)步態(tài)訓(xùn)練，患者6MWT 距離平均變化值達到最小臨床重要差異的3 倍。Kwon 等[49]將任務(wù)導(dǎo)向與跑步機訓(xùn)練相結(jié)合，通過調(diào)節(jié)跑步機的速度、方向、坡度和承重4 個變量及其不同組合，設(shè)置步行的不同任務(wù)，訓(xùn)練4 周后，與常規(guī)跑步機訓(xùn)練相比，接受任務(wù)導(dǎo)向跑步機訓(xùn)練的患者，步幅、步頻、步速和患側(cè)單腿支撐時間等參數(shù)有更大改善，這種改善可持續(xù)到治療后至少8周。

簡單室內(nèi)場景的任務(wù)導(dǎo)向性步行訓(xùn)練通過設(shè)置外在具體的運動目標，與內(nèi)在運動控制相結(jié)合[50]，可以改善患者步態(tài)參數(shù)，提高速度、耐力等步行指標，為社區(qū)步行奠定基礎(chǔ)。

3.2.2 多模態(tài)步行訓(xùn)練

事物發(fā)生或存在的方式稱為模態(tài)[51]。視覺和聽覺是行走過程中重要的信息來源。視覺反饋可以糾正運動誤差，調(diào)整下肢運動軌跡，降低步態(tài)的空間變異性；節(jié)律性聽覺提示可以成功誘導(dǎo)運動控制與時間同步，糾正步態(tài)的時間不對稱性[52-54]。多模態(tài)步行訓(xùn)練是指在視覺、聽覺、觸覺、本體覺等多重刺激融合的條件下，進行特定任務(wù)和情景的GAT，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等新技術(shù)的發(fā)展，為多模態(tài)步行訓(xùn)練提供了可能，趣味性強，患者依從性高。

3.2.2.1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過計算機模擬，用戶借助頭盔顯示器、電腦顯示屏或投影屏幕等設(shè)備，通過視覺、聽覺、觸覺等與虛擬環(huán)境進行交互，獲得身臨其境的感覺[55]。沉浸性、交互性和構(gòu)想性是其三大特點[56]。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用于腦卒中恢復(fù)期患者的步行訓(xùn)練，取得良好效果[57]。

Darekar 等[58]發(fā)現(xiàn)，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的GAT 在提高步速和應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)方面有良好效果，有利于促進患者的社區(qū)功能性步行。Yang等[59]利用跑步機前的視覺屏幕、三維加速度圖形卡和三維聽覺輸出，共同創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實的社區(qū)場景，通過屏幕中場景的變化和視覺、聽覺提示，完成各種任務(wù)，如過馬路、散步和躲避障礙等，與單純使用跑步機訓(xùn)練相比，患者步行速度、社區(qū)步行時間、步行信心都有提高。Shema 等[60]發(fā)現(xiàn)，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的GAT可以改善患者FAC。Mirelman等[61]將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與下肢機器人相結(jié)合，受試者利用本體覺，在包含一系列目標的虛擬環(huán)境中，通過腳部運動操縱飛機完成任務(wù)練習(xí)，同時接受視覺、聽覺提示和仿真同步的高層次觸覺反饋，與僅提供低水平力反饋的機器人設(shè)備進行相同訓(xùn)練相比，康復(fù)4 周后，試驗組步速、步行距離和社區(qū)FAC 有明顯提高，且治療效果在3 個月后隨訪中有所保留。采用功能性磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究發(fā)現(xiàn)，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的多模態(tài)步態(tài)訓(xùn)練可有效激活偏癱患者受累半球感覺運動皮質(zhì)(sensorimotor cortex,SMC)和偏癱腿兩側(cè)輔助運動區(qū)[62-63]。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的GAT 不僅可以改善患者社區(qū)功能性步行，還可誘導(dǎo)皮質(zhì)功能重組。

3.2.2.2 增強現(xiàn)實

增強現(xiàn)實技術(shù)使用智能手機或可穿戴設(shè)備等裝置，將計算機生成的虛擬圖像、場景、感官信息等融合疊加到現(xiàn)實場景中，提高用戶對真實世界的感知與理解[64]。增強現(xiàn)實技術(shù)的三大特點是虛實結(jié)合、三維注冊、實時交互[65]，近年來逐漸應(yīng)用于腦卒中患者下肢步行功能的訓(xùn)練。

Heeren 等[31]對恢復(fù)期腦卒中患者行基于增強現(xiàn)實技術(shù)與跑步機結(jié)合的智能GAT 10 次，該系統(tǒng)將計算機生成的復(fù)雜任務(wù)和環(huán)境投射到跑步機上，形成視覺、聽覺、本體覺等多重感官反饋，患者在與增強現(xiàn)實技術(shù)融合的真實場景，如沙灘、商店、街道中步行，同時完成不同任務(wù)，如避開水池、跨過柵欄、摘星星，撿金幣等，患者步行功能和身體活動水平有顯著改善，步行速度可以滿足社區(qū)步行要求[66]，患者在現(xiàn)實環(huán)境中跨越真正障礙的成功率提高。van Ooijen 等[36]發(fā)現(xiàn)，患者經(jīng)過基于增強現(xiàn)實技術(shù)的GAT 后，現(xiàn)實環(huán)境中跨障成功率提高，表明訓(xùn)練效果可以從虛擬環(huán)境有效轉(zhuǎn)移到真實環(huán)境，減少患者跌倒的發(fā)生；避障成功率與Stroop測試成功率的改善有很強相關(guān)性。對于腦卒中患者而言，跨越障礙物對注意力需求很高，需要定位精確，及時調(diào)整步態(tài)，同時考慮復(fù)雜環(huán)境所造成的干擾?；谠鰪姮F(xiàn)實技術(shù)的GAT 極大程度還原現(xiàn)實環(huán)境的復(fù)雜場景，有利于患者對不同環(huán)境的適應(yīng)，訓(xùn)練后僅需較少的注意力就可以成功避障。

虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實是緊密相關(guān)又截然不同的兩項技術(shù)，核心區(qū)別在于虛擬現(xiàn)實技術(shù)使患者完全沉浸于虛擬世界，訓(xùn)練中進行的步態(tài)調(diào)整與真實世界分離；而基于增強現(xiàn)實技術(shù)的訓(xùn)練中，足部放置與現(xiàn)實環(huán)境直接交互。兩者的共同優(yōu)勢是創(chuàng)造出多模態(tài)、模擬現(xiàn)實生活的場景，使患者可以安全地訓(xùn)練真實環(huán)境中可能存在風(fēng)險的任務(wù)，如過馬路，增強趣味性，也節(jié)省了人力資源?，F(xiàn)階段缺乏兩種訓(xùn)練方式間的對比，需要高質(zhì)量的臨床隨機對照試驗進一步探究兩種訓(xùn)練方式對腦卒中患者下肢步行功能恢復(fù)的效果。

4 小結(jié)

GAT對腦卒中患者步行功能的益處已經(jīng)得到證實，基于真實環(huán)境的訓(xùn)練可以顯著提高患者的平衡和步行信心，室內(nèi)簡單模擬環(huán)境下的步行訓(xùn)練對偏癱患者步態(tài)參數(shù)和步行耐力等方面有效，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展有助于營造一個多模態(tài)、貼近現(xiàn)實的訓(xùn)練環(huán)境，憑借重復(fù)性強、安全性高、趣味性足等優(yōu)勢，提高社區(qū)功能性步行，改善相關(guān)注意力需求。GAT符合ICF 的理念，不僅強調(diào)偏癱患者的身體結(jié)構(gòu)與功能，也關(guān)注其心理狀態(tài)和社會參與水平，實現(xiàn)最大程度的功能恢復(fù)。

當前相關(guān)臨床試驗在設(shè)計上存在很多不足，如樣本量小，損傷部位和病程不一，缺乏統(tǒng)一的評估標準，訓(xùn)練模式、時間和強度不一等。未來需要高質(zhì)量、嚴謹?shù)呐R床試驗進一步探索，并且進一步驗證GAT 對患者的長期效果。相信隨著科技的發(fā)展，基于新興技術(shù)的GAT 將不斷完善，在腦卒中患者步行訓(xùn)練中發(fā)揮更大作用。

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