FES輔助跑步機(jī)訓(xùn)練提高腦卒中下肢偏癱患者步行能力的研究*

馬啟壽, 廖燕錟△, 李中元, 陳美云, 鄭曉清

（1福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院, 福建福州 350003；2福建省康復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建福州 350003；3福建中醫(yī)藥大學(xué), 福建福州 350108）

腦卒中為成人失能的主要原因之一, 為了改善病患下肢失能情形, 目前已發(fā)展出各種密集性康復(fù)治療, 其中包括局限誘發(fā)運(yùn)動(dòng)療法和任務(wù)導(dǎo)向治療, 已有廣泛性實(shí)證研究證明其療效。然而目前的較多努力都無(wú)法很好地解決運(yùn)動(dòng)功能障礙導(dǎo)致的步行能力的降低, 以一種較為固定的異常模式步行, 僅靠單一康復(fù)手段難以糾正異常步態(tài)。功能性電刺激（Functional Electrical Stimulation,FES）通過(guò)步態(tài)傳感器（脛骨的傾角）檢測(cè)到的步態(tài)情況來(lái)控制刺激器的低頻脈沖輸出, 在患足起步時(shí)刺激踝背伸, 而在患足落地時(shí)停止電刺激, 以此控制患肢的足部運(yùn)動(dòng), 提高患側(cè)下肢的運(yùn)動(dòng)功能[2]。跑步機(jī)訓(xùn)練也已經(jīng)被一些研究證明比步行訓(xùn)練更能夠提高速度、步長(zhǎng)、穩(wěn)定性等步行能力[3]。因此本研究采用FES輔助跑步機(jī)訓(xùn)練, 觀察此訓(xùn)練方法對(duì)腦卒中患者步態(tài)時(shí)間參數(shù)、時(shí)相參數(shù)、關(guān)節(jié)活動(dòng)角度、地面反作用力的變化情況, 為進(jìn)一步改善腦卒中偏癱患者步行能力提供臨床應(yīng)用與研究發(fā)展的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年6月～2020年6月期間在福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院腦病康復(fù)一至五區(qū)的住院患者共106例, 以隨機(jī)方式分成觀察組和對(duì)照組各53例。觀察組男32例, 女21例, 年齡58.95±7.35歲, 病程30.65±4.33天, 左側(cè)偏癱14例、右側(cè)偏癱39例, 腦出血20例、腦梗死33例, BrunnstromⅢ期35例、BrunnstromⅣ期18例；對(duì)照組男34例, 女19例, 年齡59.12±7.63歲, 病程31.55±4.70天, 左側(cè)偏癱17例、右側(cè)偏癱36例, 腦出血22例、腦梗死31例, BrunnstromⅢ期33例、BrunnstromⅣ期20例。兩組性別、年齡、病程等一般資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）, 具有可比性。經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)研究實(shí)施。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)①符合《中國(guó)腦血管疾病分類2015》的標(biāo)準(zhǔn)[4]；②首次發(fā)病, 且生命體征平穩(wěn), 處于恢復(fù)期；③單側(cè)肢體癱瘓, 需意識(shí)清楚、可以溝通；④偏癱下肢出現(xiàn)肌肉痙攣與協(xié)同動(dòng)作表現(xiàn), Brunnstrom分期為Ⅲ期（含）以上[5]；⑤能獨(dú)立或在1人幫助或拄拐情況下步行超過(guò)10m；⑥無(wú)合并其他系統(tǒng)疾病與下肢被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)度受限情形；⑦經(jīng)由研究成員解說(shuō)研究目的及研究步驟, 患者知悉研究并且簽署知情同意書(shū)。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)①嚴(yán)重感覺(jué)損傷、失語(yǔ)癥及認(rèn)知問(wèn)題、注意力問(wèn)題、神經(jīng)生理嚴(yán)重?fù)p傷及其他骨骼肌肉問(wèn)題或?qū)\縮；②曾被診斷有心肺血管疾病、關(guān)節(jié)炎或其他系統(tǒng)疾病者；③下肢關(guān)節(jié)有攣縮、畸形或有其他周邊神經(jīng)系統(tǒng)病變、疼痛情形者。

1.4 治療方法

1.4.1 基本康復(fù)訓(xùn)練 兩組均給予基本康復(fù)訓(xùn)練, 在治療師的指導(dǎo)下進(jìn)行良肢位擺放、床上翻身、橋式運(yùn)動(dòng)、坐位平衡訓(xùn)練、站立平衡和步行訓(xùn)練。臥位訓(xùn)練：患肢做緩慢的、有節(jié)奏規(guī)律的、間隙停頓的下肢屈伸練習(xí)；髖膝踝屈曲位下做髖內(nèi)旋、外旋控制練習(xí)。最后做患肢屈曲內(nèi)收跨越中線、足底平放床面的練習(xí)。坐位訓(xùn)練：足底平放地面交替進(jìn)行踮腳跟和勾腳尖的動(dòng)作；足底平行地面前后向滑動(dòng), 進(jìn)行膝關(guān)節(jié)屈伸練習(xí)。站立位訓(xùn)練：患者進(jìn)行10°～15°的膝關(guān)節(jié)控制訓(xùn)練、負(fù)重訓(xùn)練（單腿負(fù)重及重心轉(zhuǎn)移（前、后、左、右）, 步行訓(xùn)練時(shí)注意邁步姿勢(shì)（避免劃圈步態(tài)）以及注意兩腿交替頻率。約0.5～1小時(shí)/次, 每天1次, 每周5d, 共8周。

1.4.2 對(duì)照組在進(jìn)行基本康復(fù)訓(xùn)練的同時(shí)接受20min的跑步機(jī)訓(xùn)練, 以Borg疲勞指數(shù)來(lái)評(píng)估患者的活動(dòng)狀態(tài), 過(guò)程中患者若表述有任何不適則立刻停止訓(xùn)練。

1.4.3 觀察組 在進(jìn)行跑步機(jī)訓(xùn)練的同時(shí)進(jìn)行基于正常行走模式的FES治療, 儀器采用LGT-233足下垂治療儀。按照機(jī)器設(shè)定的正常行走模式的刺激方式, 先在患者身上確定治療部位, 一個(gè)電極貼于腓骨小頭下方（腓總神經(jīng)出口處）, 一個(gè)電極貼于脛前肌, 把設(shè)備固定于小腿；選擇評(píng)估模式, 先讓患者完成坐站轉(zhuǎn)移起到設(shè)備校準(zhǔn)作用, 再讓患者走10米左右即可發(fā)送步態(tài)參數(shù)到步行模式了；進(jìn)入步行模式設(shè)置治療時(shí)間等參數(shù)：雙向?qū)ΨQ方波, 頻率60Hz, 脈寬0.2ms, 調(diào)節(jié)輸出強(qiáng)度, 在患者可以忍受的范圍內(nèi), 以患者出現(xiàn)踝背屈為度。完成所設(shè)定的參數(shù)后, 治療師保護(hù)下帶患者到跑步機(jī)上進(jìn)行步行訓(xùn)練。兩組訓(xùn)練均為20min/次, 每天1次, 每周5d, 共8周。

1.5 觀察指標(biāo) 應(yīng)用BSMART-D三維步態(tài)分析系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定。由系統(tǒng)自動(dòng)生成患者步速、步頻、跨步長(zhǎng)、步寬、患側(cè)下肢站立相百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比、最大髖關(guān)節(jié)屈伸角度、最大膝關(guān)節(jié)屈伸角度、最大踝關(guān)節(jié)背屈跖屈角度以及向前地面反作用力峰值和垂直地面反作用力峰值等參數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)時(shí)空參數(shù) 治療前, 兩組患者的步態(tài)時(shí)空參數(shù)（步速、步頻、跨步長(zhǎng)和步寬）的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的步態(tài)時(shí)空參數(shù)（步速、步頻、跨步長(zhǎng)和步寬）均較治療前有所改善（P＜0.05）, 且觀察組治療后的步態(tài)時(shí)空參數(shù)（步速、步頻、跨步長(zhǎng)和步寬）顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。見(jiàn)表1。

表1 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時(shí)空參數(shù)對(duì)比（±s）

表1 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時(shí)空參數(shù)對(duì)比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對(duì)照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對(duì)照組例數(shù)53 53時(shí)間治療前治療后治療前治療后步速（cm/s）33.65±6.22 60.13±7.30①②33.37±6.10 52.88±8.23①步頻（次/min）60.41±11.54 89.50±14.92①②59.44±10.96 79.23±12.79①跨步長(zhǎng)（cm）49.73±8.92 73.56±11.60①②50.22±9.17 62.86±10.75①步寬（cm）22.64±3.87 18.55±2.76①②22.17±3.61 20.86±3.17①

2.2 步態(tài)時(shí)相參數(shù) 治療前, 兩組患者的步態(tài)時(shí)相參數(shù)（患側(cè)站立百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比）差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的患側(cè)站立百分比均較治療前增加, 健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比均較治療前下降（P＜0.05）, 且觀察組治療后的步態(tài)時(shí)相參數(shù)（患側(cè)站立百分比、健側(cè)與患側(cè)站立相比值、雙站立相百分比）均顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。見(jiàn)表2。

表2 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時(shí)相參數(shù)對(duì)比（±s）

表2 兩組干預(yù)前后的步態(tài)時(shí)相參數(shù)對(duì)比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對(duì)照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對(duì)照組例數(shù)53 53時(shí)間治療前治療后治療前治療后患側(cè)站立相百分比（%）61.26±8.19 69.83±10.27①②60.52±8.06 65.14±7.60①健側(cè)與患側(cè)站立相比值1.14±0.12 1.06±0.10①②1.16±0.13 1.11±0.11①雙站立相百分比（%）26.23±5.46 16.74±4.12①②26.59±5.84 23.42±4.88①患側(cè)站立相百分比（%）61.26±8.19 69.83±10.27①②60.52±8.06 65.14±7.60①

2.3 下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度與地面反作用力峰值 治療前, 兩組患者的下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度（患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)）、患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比和患側(cè)向前地面反作用力峰值占體重百分比的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療后, 兩組患者的下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度（患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)）、患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比和患側(cè)向前地面反作用力峰值占體重百分比均較治療前增加（P＜0.05）, 且觀察組治療后下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度與地面反作用力峰值顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。見(jiàn)表3。

表3 兩組干預(yù)前后的下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度與地面反作用力峰值對(duì)比（±s）

表3 兩組干預(yù)前后的下肢關(guān)節(jié)最大活動(dòng)角度與地面反作用力峰值對(duì)比（±s）

注：與治療前比較, ①P＜0.05；與對(duì)照組比較, ②P＜0.05

組別觀察組對(duì)照組例數(shù)53 53時(shí)間治療前治療后治療前治療后患側(cè)髖關(guān)節(jié)屈曲伸展活動(dòng)度（°）26.71±5.66 35.40±7.42①②26.96±6.02 29.08±6.88①患側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲伸展活動(dòng)度（°）34.61±6.70 49.89±9.45①②34.30±6.23 42.17±7.14①患側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈跖屈活動(dòng)度（°）18.02±4.99 26.14±5.41①②18.43±5.10 23.20±7.17①患側(cè)垂直地面反作用力峰值占體重百分比（%）88.07±15.51 108.47±20.39①②89.37±15.83 100.75±16.45①

3 討論

腦卒中下肢偏癱是由于發(fā)生腦部出血或缺血, 引起一系列病理變化, 造成大腦中樞神經(jīng)細(xì)胞壞死, 導(dǎo)致相應(yīng)受損區(qū)域不能有效調(diào)控軀體運(yùn)動(dòng)感覺(jué)功能, 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)失去了高位中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控, 使原始的、被抑制的、受到調(diào)節(jié)的皮層下中樞運(yùn)動(dòng)反射開(kāi)始亢進(jìn), 導(dǎo)致肢體肌群間協(xié)調(diào)紊亂、肌張力異常而產(chǎn)生下肢運(yùn)動(dòng)障礙。

跑步機(jī)訓(xùn)練是一種接近日常生活動(dòng)作模式的訓(xùn)練, 這種模式需要神經(jīng)、肌肉骨骼、和動(dòng)作學(xué)習(xí)及動(dòng)作控制系統(tǒng)的整合。研究證明, 跑步機(jī)訓(xùn)練對(duì)于卒中患者下肢偏癱功能的恢復(fù)確實(shí)有幫助, 跑步機(jī)訓(xùn)練重復(fù)性抬腿落腳的對(duì)稱協(xié)調(diào)的動(dòng)作更能增加肌力、提高耐力, 幫助建立正確的行走模式。且跑步機(jī)兩側(cè)的扶桿可以給予一個(gè)保護(hù)支撐, 能夠改善步態(tài)穩(wěn)定性；還能提升長(zhǎng)距離行走耐力[6]。根據(jù)動(dòng)作學(xué)習(xí)理論, 重復(fù)并大量練習(xí)特定的動(dòng)作或任務(wù)可改善動(dòng)作技巧, 促進(jìn)動(dòng)作之再學(xué)習(xí)。機(jī)器輔助治療可給予病患大量的動(dòng)作技巧練習(xí), 藉由簡(jiǎn)單、重復(fù)、刻板的動(dòng)作和本體感覺(jué)回饋, 將每次動(dòng)作過(guò)程中運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)及感覺(jué)回饋形成短期記憶, 儲(chǔ)存在動(dòng)作皮質(zhì)中。如此反復(fù)進(jìn)行練習(xí)并將動(dòng)作知識(shí)儲(chǔ)存的過(guò)程, 可形成動(dòng)作技巧并促進(jìn)感覺(jué)動(dòng)作的再學(xué)習(xí)。機(jī)器輔助治療所提供的密集性復(fù)健治療可重塑動(dòng)作皮質(zhì), 即使用性的腦重塑。根據(jù)海伯法（Hebbian rule）, 腦重塑指誘發(fā)突觸前與突觸后的神經(jīng)元同時(shí)興奮, 來(lái)增強(qiáng)突觸間連接。中樞神經(jīng)以兩種方式產(chǎn)生塑性：①依賴既存突觸的活化, 包括突觸后長(zhǎng)時(shí)間增強(qiáng)、突觸后長(zhǎng)時(shí)間抑制和突觸后興奮性改變。②突觸型態(tài)與塑性的改變, 包括樹(shù)突分支增加、增加軸突橫向網(wǎng)絡(luò)之?dāng)?shù)目和產(chǎn)生新的突觸連接。功能性磁振造影顯示, 經(jīng)由專一性的動(dòng)作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)后, 運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的活化模式會(huì)改變。此外, 重復(fù)、密集的練習(xí)可讓其動(dòng)作相關(guān)之神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)活化, 加強(qiáng)患側(cè)動(dòng)作功能的恢復(fù), 防止已習(xí)得的動(dòng)作技巧消失[7]。雖然跑步機(jī)輔助治療已證實(shí)有療效[8]且治療方法方便、占用空間小, 但大多研究著重于下肢近端功能的改善, 針對(duì)遠(yuǎn)端功能且證據(jù)力層級(jí)較高的研究仍較少, 且已有文章表明雙重任務(wù)訓(xùn)練較單一任務(wù)訓(xùn)練, 能更好地改善腦卒中患者的步長(zhǎng)、步頻、步幅、步行能力, 降低其跌倒的風(fēng)險(xiǎn), 且功能性電刺激結(jié)合其他訓(xùn)練, 療效顯著[9-10]。故本研究設(shè)計(jì)采用FES+跑步機(jī)訓(xùn)練的方式進(jìn)一步強(qiáng)化跑步機(jī)訓(xùn)練所帶來(lái)的益處。

功能性電刺激FES能夠重新募集肌肉中的神經(jīng)纖維, 重新調(diào)整大腦的興奮和抑制信號(hào), 促進(jìn)大腦功能分區(qū)重塑, 從而改善或恢復(fù)被刺激肌肉或肌群的功能, 達(dá)到完成目標(biāo)指令的任務(wù)[11]。研究采用隨機(jī)控制試驗(yàn)并增加樣本數(shù), 以提升研究的效度。而在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上, 本研究采用三維步態(tài)分析以便客觀分析遠(yuǎn)端功能改善指標(biāo)。三維步態(tài)分析的定量評(píng)價(jià)對(duì)于骨科也有很大幫助, 對(duì)于病情的充分掌握和治療效果的評(píng)價(jià)有很大幫助。同時(shí), 人體階段性三維分析可以客觀、精確地定量評(píng)價(jià)肢體運(yùn)動(dòng), 這對(duì)于矯形外科和手外科也是有很大的幫助的[12-13]。在康復(fù)科中, 定量的步態(tài)分析對(duì)于治療方案的確定同樣有著不可替代的作用, 它既對(duì)于殘肢殘存功能的評(píng)定、輔助診療、評(píng)定康復(fù)效果等方面有較大作用, 也可以作為訓(xùn)練的手段用于輔助步行訓(xùn)練[14-17]。本研究中, 觀察組治療后步速、跨步長(zhǎng)、步頻均較對(duì)照組明顯增加, 步寬較對(duì)照組明顯減小, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合可以增大步幅, 增快步速, 增強(qiáng)步行穩(wěn)定性。本研究中, 觀察組治療后患側(cè)肢體站立相百分比增加, 且數(shù)值更接近正常水平, 說(shuō)明該組患者患側(cè)肢體支撐能力明顯增強(qiáng)；另外觀察組治療后健側(cè)站立相與患側(cè)站立相的比值變小, 且更接近于數(shù)值1, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合干預(yù)后步態(tài)對(duì)稱性優(yōu)于單一跑步機(jī)訓(xùn)練, 同時(shí)也印證了FES和跑步機(jī)訓(xùn)練二者聯(lián)合干預(yù)后步行速度（時(shí)空參數(shù)指標(biāo)之一）較單一跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)明顯提高。

測(cè)量下肢諸關(guān)節(jié)在步行中的角度變化是臨床步態(tài)分析的重要組成部分。通過(guò)分析髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)度的變化以及此變化同步行周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 可以客觀評(píng)價(jià)步行中關(guān)節(jié)功能障礙的部位、程度和類型[18-19]。本研究中, 觀察組治療后髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)度均明顯優(yōu)于對(duì)照組, 提示與單一跑步機(jī)訓(xùn)練比較, FES和跑步機(jī)訓(xùn)練能更顯著提高偏癱側(cè)肢體髖、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度, 從而使患側(cè)肢體具有更強(qiáng)的廓清能力。另外, 觀察組治療后垂直方向地面反作用力峰值變化明顯, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)后患側(cè)下肢承重能力明顯增強(qiáng)；觀察組治療后患側(cè)肢體向前地面反作用力峰值亦較治療前及對(duì)照組顯著提高, 提示FES和跑步機(jī)訓(xùn)練干預(yù)后可以獲得了較好的前進(jìn)推動(dòng)力。目前認(rèn)為FES和跑步機(jī)訓(xùn)練協(xié)同治療機(jī)制主要包括：利用FES和跑步機(jī)訓(xùn)練可以增加或強(qiáng)迫誘發(fā)患側(cè)肢體的使用頻率。其中希望經(jīng)由FES以增加患側(cè)肢體肌肉本體感覺(jué)刺激信息的傳入, 而另外經(jīng)由受試者利用視覺(jué)回饋控制來(lái)維持跑步機(jī)訓(xùn)練, 也可以增進(jìn)其中樞感覺(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)回路機(jī)轉(zhuǎn)能夠再次進(jìn)行活化作用, 以期獲得改善及穩(wěn)定步行的協(xié)調(diào)能力。

綜上所述, FES和跑步機(jī)訓(xùn)練協(xié)同干預(yù)可以改善腦卒中偏癱患者的行走動(dòng)作協(xié)調(diào)性、提高步行速度, 值得臨床推廣。誠(chéng)然, 本研究還存在著一些局限性, 樣本量小, 不能為研究結(jié)論提升可靠性, 在未來(lái)的研究中, 我們將考慮與其他研究機(jī)構(gòu)、臨床醫(yī)院進(jìn)行合作, 設(shè)計(jì)多中心、大樣本的隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)；此外, 缺乏隨訪, 囿于就診患者的流動(dòng)性, 例如有些患者是異地就醫(yī), 療程結(jié)束后就返回原省份居住, 以及電話隨訪的低配合以及高失訪率, 我們無(wú)法對(duì)患者進(jìn)行一個(gè)有效的隨訪, 來(lái)探討FES+跑步機(jī)聯(lián)合干預(yù)的療效持續(xù)時(shí)間。目前尚且沒(méi)有一個(gè)確切的參數(shù)對(duì)FES進(jìn)行限定, 在未來(lái)的研究中研究團(tuán)隊(duì)將會(huì)往這一方面著手, 完善FES的具體參數(shù)標(biāo)準(zhǔn), 以及對(duì)不同聯(lián)合治療手段的療效進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證。