成人型脊柱畸形患者運(yùn)動功能的三維步態(tài)分析

白 森 郄淑燕

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京康復(fù)醫(yī)院康復(fù)診療中心，北京 100144)

成人脊柱畸形(adult spinal deformity，ASD)是一類較為復(fù)雜的疾病，既有骨骼、肌肉及神經(jīng)系統(tǒng)病理性癥狀及體征，而且還涉及人體整體平衡改變[1-2]。隨著全球人群結(jié)構(gòu)改變[3]， ASD發(fā)病率增高[4-6]。文獻(xiàn)[7-8]顯示，65歲以上人群ASD發(fā)病率顯著增加(32%～68%)。ASD患者脊柱整體失平衡、腰背痛、及下肢放射痛等[1-2, 9-10]導(dǎo)致ASD患者機(jī)體代償機(jī)制[11]紊亂從而影響其正常行走。

既往關(guān)于ASD患者整體生物力學(xué)的研究[12-13]基于全脊柱X線平片，均為靜態(tài)平衡研究，關(guān)于步態(tài)的動態(tài)平衡報(bào)道少見，而且有學(xué)者[14]發(fā)現(xiàn)人體靜態(tài)下重心位置與活動時(shí)重心位置有顯著不同。筆者利用三維步態(tài)分析系統(tǒng)分析此類患者術(shù)前步態(tài)特點(diǎn)，進(jìn)一步明確此類疾患整體生物力學(xué)的病理生理變化，為此類疾患診療及康復(fù)提供理論基礎(chǔ)。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究納入了2017年4月至2019年12月期間來首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京康復(fù)醫(yī)院就診的51例ASD患者為病例組，其中男性10例、女性41例。同期按照性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)及基礎(chǔ)性疾病組間匹配[15]的原則，招募健康志愿者51例為對照組。本研究通過首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京康復(fù)醫(yī)院倫理委員會審核。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)

① 年齡≥45歲；②資料完整；③經(jīng)脊柱外科醫(yī)師確診，即影像學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)至少滿足下列之一： 冠狀面?zhèn)葟滳obb氏角≥20°； 矢狀面平衡(sagittal vertical axis, SVA)≥5 cm； 骨盆傾斜(pelvic tilt, PT)≥25°； 胸椎后凸角(thoracic kyphosis, TK)≥60°。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)

① 既往行脊柱手術(shù)史；②脊柱腫瘤病史；③脊柱結(jié)核等特異性感染史；④強(qiáng)直性脊柱炎。

1.4 檢測設(shè)備和方法

利用三維步態(tài)分析系統(tǒng)(英國VICON公司)采集所有研究對象行走過程中的運(yùn)動參數(shù)。該系統(tǒng)包括8個(gè)攝像機(jī)、多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)及運(yùn)動組件。

測試過程中所有患者著薄上衣、下身穿緊身短褲，由專業(yè)技師對其講解測試過程。受試者雙側(cè)髂前上棘、髂后上棘、大轉(zhuǎn)子突起、大腿外側(cè)中間、股骨外上髁、腓骨小頭、外踝、跟骨結(jié)節(jié)、第一、二跖骨趾璞處放置反射標(biāo)記[16](圖1)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程至少記錄10個(gè)步態(tài)周期。測試運(yùn)動學(xué)參數(shù)包括：步長(支撐足兩足跟間距離)、步頻(單位時(shí)間/步態(tài)周期時(shí)間)、跨步長(同一足前后兩次著地的距離)、膝關(guān)節(jié)屈伸范圍(大轉(zhuǎn)子與股骨外上髁標(biāo)記點(diǎn)連線、腓骨小頭和外踝連線，兩線夾角最大值和最小值差)、髖關(guān)節(jié)屈伸范圍(大轉(zhuǎn)子與髂前上棘連線、大轉(zhuǎn)子與股骨外上髁連線，兩線夾角最大值與最小值差)。

圖1 佩戴反射標(biāo)記示意圖Fig.1 Marker set on patient

1.5 ASD患者生活質(zhì)量評分

本研究記錄了所有研究對象的生活質(zhì)量評分(Healthy Related Questionnaire of Life, HRQOL)，包括視覺模擬評分(Visual Analogue Score, VAS)、Oswestry功能障礙指數(shù)(Oswestry Disability Index, ODI)及簡版生活質(zhì)量量表-36(Short Form-36, SF-36)評分，按Mchorney和Ware[17]方法將SF-36分為生理評分(Physical Component Summary, PCS)和精神評分(Mental Component Summary, MCS)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 病例組與對照組基本特征比較

病例組患者側(cè)凸類型比為35∶16(左∶右)，側(cè)彎頂椎分布：L1，2例；L1/2，8例；L2，11例；L2/3，23例；L3，7例。病例組與對照組的年齡、性別比、BMI及基礎(chǔ)疾病患病率比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，詳見表1。

表1 兩組對象基本特征比較

2.2 病例組與對照組運(yùn)動學(xué)參數(shù)比較

ASD病例組患者步長、步頻、跨步長及膝關(guān)節(jié)屈伸范圍、髖關(guān)節(jié)屈伸范圍均小于健康志愿者，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，詳見表2。

病例組患者第一個(gè)和最后一個(gè)步態(tài)周期運(yùn)動學(xué)參數(shù)比較，病例組患者第一個(gè)步態(tài)周期步長、步頻、跨步長及膝關(guān)節(jié)屈伸范圍、髖關(guān)節(jié)屈伸范圍均大于最后一個(gè)步態(tài)周期，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，詳見表3。

表 2 兩組受試對象運(yùn)動參數(shù)比較

表3 病例組患者第一個(gè)和最后一個(gè)步態(tài)周期相關(guān)參數(shù)比較

2.3 ASD患者生活質(zhì)量評分與運(yùn)動學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析

ASD患者生活質(zhì)量評分VAS、ODI與步長、跨步長、步頻、膝關(guān)節(jié)屈伸及髖關(guān)節(jié)屈伸度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05);SF-36中的生理部分(Physical Component Summary, PCS)部分與上述指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，詳見表4。

表4 患者生活質(zhì)量評分與運(yùn)動參數(shù)相關(guān)分析(r)

3 討論

成人型脊柱畸形在中老年人群高發(fā)[7-8]。鑒于此類疾病的復(fù)雜性，診療方面至今尚未定論。由于ASD不單單涉及脊柱局部癥狀，機(jī)體整體生物力學(xué)也會發(fā)生病理改變。既往使用X線平片[12-13]或雙平面掃描全身立體放射攝影術(shù)系統(tǒng)[18]評估患者病情，但患者均處于靜態(tài)，對于動態(tài)下患者生物力學(xué)變化指導(dǎo)有限。三維步態(tài)系統(tǒng)具有客觀、準(zhǔn)確及全面等特點(diǎn)[19-20]。因此，三維步態(tài)系統(tǒng)能有效評估ASD患者動態(tài)生物力學(xué)變化。本研究通過三維步態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測到了ASD患者步頻、步長、跨步長等運(yùn)動參數(shù)在行走過程中的變化特點(diǎn)與及同上述變化相伴的膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)屈伸度的變化。

3.1 ASD患者運(yùn)動參數(shù)與健康志愿者對比

將ASD患者與健康志愿者對照分析，病例組運(yùn)動學(xué)參數(shù)均顯著低于對照組，表現(xiàn)為髖、膝關(guān)節(jié)屈伸幅度減小，從而導(dǎo)致患者步長及跨步長減小。此外，ASD患者由于退變，腰前凸減小、骨盆前傾減小甚至后傾，髖臼前傾，因此髖關(guān)節(jié)后伸受限[21]。與單純腰痛[22]或椎間盤突出[23]患者不同，ASD患者步頻明顯慢于中老年健康人群，推測可能與ASD患者整體失平衡有關(guān)[1,2]，步頻加快后患者無法及時(shí)作出調(diào)節(jié)以保持身體平衡站立或行走。

3.2 ASD患者實(shí)驗(yàn)開始步態(tài)與結(jié)束時(shí)步態(tài)參數(shù)的對比

實(shí)驗(yàn)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)ASD患者第一個(gè)步態(tài)周期時(shí)，步長、跨步長、步頻、髖膝關(guān)節(jié)屈伸幅度明顯優(yōu)于最后一個(gè)步態(tài)周期，而健康志愿者不存在此差異。ASD患者由于整體失平衡，機(jī)體處于過度“耗能”狀態(tài)[24]，隨著行走時(shí)間延長，機(jī)體行動能力逐漸降低，從而表現(xiàn)為髖膝關(guān)節(jié)屈伸度減小，步長減少、步頻減慢，且患者軀干逐漸前傾，即動力性脊柱不穩(wěn)，印證了機(jī)體重心與影像學(xué)頸7鉛垂線的差異[14]。既往有文獻(xiàn)[25]顯示老年人群軀干前方和后方肌肉對機(jī)體活動的影響。筆者推測此變化與ASD患者軀干肌病理改變密切相關(guān)，這說明針對ASD患者診療及康復(fù)，應(yīng)該加強(qiáng)對其核心肌群的保護(hù)。但是，本課題組只記錄到患者下肢運(yùn)動參數(shù)變化，軀干角度未能記錄，有待進(jìn)一步完善。

3.3 ASD患者生活質(zhì)量評分與運(yùn)動學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析

ASD患者有明確的腰背部及下肢疼痛癥狀和體征，生活質(zhì)量低下。Haddas教授[26]認(rèn)為成人退變性脊柱畸形患者生活質(zhì)量評分與各類運(yùn)動參數(shù)顯著相關(guān)。本課題組將運(yùn)動參數(shù)與各類評分量表做相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)步長、跨步長及步頻與ASD患者主觀感受(VAS評分)及客觀功能評分(ODI及SF-36中的軀體生理功能部分)都有顯著相關(guān)性。結(jié)果不僅說明患者由于主觀腰背部或下肢疼痛癥狀導(dǎo)致下肢活動頻率減慢、幅度減小，而且疾病導(dǎo)致機(jī)體功能下降，表現(xiàn)為各種運(yùn)動參數(shù)的改變。與既往研究[23]不同，筆者發(fā)現(xiàn)ASD患者生活質(zhì)量評分與髖膝關(guān)節(jié)活動范圍均有關(guān)系，但與膝關(guān)節(jié)相關(guān)性更強(qiáng)，這是由于ASD患者，尤其是終末期患者，機(jī)體失平衡，髖關(guān)節(jié)已過度后伸，且已啟動膝關(guān)節(jié)代償[27]，表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)，此時(shí)相對髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)活動幅度改變更大。

ASD患者為保持直立行走，啟動了機(jī)體脊柱及下肢代償機(jī)制，從而導(dǎo)致其步態(tài)發(fā)生改變。上述研究結(jié)果顯示，此類人群所有運(yùn)動參數(shù)均有下降：步頻減慢、步長及跨步長均減小。因此，對于此類疾患需首先糾正其整體失平衡狀態(tài)，比如輕中度患者使用手杖[28]、末期患者行長節(jié)段固定融合手術(shù)[29]?？祻?fù)患者加強(qiáng)核心肌群鍛煉，加強(qiáng)腰背肌力量，以恢復(fù)其動態(tài)平衡機(jī)制。

ASD是一類極為復(fù)雜的疾患，涉及了神經(jīng)、肌肉及骨骼系統(tǒng)病理生理改變，因此僅對其步態(tài)研究存有一定偏倚，需要大量研究進(jìn)一步完善上述結(jié)果。此外，所有研究對象均來自單一中心，存有選擇偏倚。

總之，成人型脊柱畸形患者存在下肢活動異常，表現(xiàn)為步態(tài)異常：步頻、步長及跨步長均較健康人群下降；患者活動過程中上述運(yùn)動參數(shù)逐漸減小。此類患者運(yùn)動學(xué)參數(shù)與生活質(zhì)量評分諸如VAS、ODI及SF-36中的軀體生理功能部分息息相關(guān)。