郭素梅，李建民，吳慶文，沈海濤，劉廣天

·臨床觀察·

步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人對不完全性脊髓損傷患者步態(tài)的影響①

郭素梅1，李建民2，吳慶文3，沈海濤3，劉廣天3

目的 探討全自動步態(tài)機(jī)器人訓(xùn)練與評定系統(tǒng)在改善不完全性脊髓損傷患者步行功能方面的作用。方法不完全性脊髓損傷患者10例采用Lokomat系統(tǒng)行步態(tài)訓(xùn)練12周。分別于訓(xùn)練前，訓(xùn)練后6周、12周記錄患者下肢運(yùn)動功能評分(LEMS)、步速、步長、雙支撐期、單支撐期及對稱指數(shù)(SI)、運(yùn)動平板速度、運(yùn)動平板步行距離、減重量。結(jié)果全部患者完成規(guī)定訓(xùn)練。LEMS、左下肢步長、右下肢步長、左下肢雙支撐期、右下肢雙支撐期、左下肢單支撐期、右下肢單支撐期及對稱指數(shù)、運(yùn)動平板速度、運(yùn)動平板步行距離、地面步速、減重量，訓(xùn)練前、中、后比較均有非常高度顯著性差異(P＜0.001)。結(jié)論步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人有助于改善不完全性脊髓損傷患者的異常步態(tài)。

不完全性脊髓損傷；康復(fù)機(jī)器人；步態(tài)；康復(fù)

[本文著錄格式]郭素梅，李建民，吳慶文，等.步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人對不完全性脊髓損傷患者步態(tài)的影響[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐,2013,19(7):676-679.

大多數(shù)有一定運(yùn)動功能的不完全性脊髓損傷患者只能通過使用助行設(shè)備的代償作用才能實(shí)現(xiàn)步行。這種輔助步行影響患者步行的協(xié)調(diào)性及步態(tài)質(zhì)量[1-2]。本研究探討Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)對不完全性脊髓損傷患者步態(tài)的影響。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇在唐山市內(nèi)醫(yī)院治療或已經(jīng)出院并同意參加本研究的不完全脊髓損傷患者10例，全部為意外傷害所致脊髓損傷。其中男性8例，女性2例，年齡24～60歲，受傷時(shí)間3.5～18個(gè)月，脊髓損傷平面為L1～C4?；颊咭话闱闆r見表1。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)CT或MRI確診的脊髓病變；②美國脊柱損傷協(xié)會(ASIA)神經(jīng)功能分級為C級或D級；③年齡16～65歲，心肺功能正常；④當(dāng)前沒有從事其他步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練項(xiàng)目。

表1 患者一般情況

排除標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)其他神經(jīng)功能障礙，不易控制的高血壓、糖尿病，直立性低血壓，嚴(yán)重的心肺疾病，嚴(yán)重的膀胱或其他部位感染性疾病，血栓性疾病(如下肢靜脈血栓、心肌梗死等)，較嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松癥(如有骨折病史)，下肢關(guān)節(jié)疼痛活動范圍受限，下肢外傷或不穩(wěn)定性骨折，指凹性水腫，壓瘡或支具綁帶處皮膚損傷，某些認(rèn)知功能障礙(如精神障礙)；②大腿長度＜35 cm或＞47 cm，體重＞135 kg。

參加訓(xùn)練的患者訓(xùn)練前均簽署知情同意書。

1.2 訓(xùn)練方法

采用Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)(Lokom公司)。每次訓(xùn)練前、中、后監(jiān)測患者的血壓和心率(腕式血壓計(jì))。訓(xùn)練每周3～5次，共12周。每次訓(xùn)練除準(zhǔn)備時(shí)間外，運(yùn)動平板步行時(shí)間30～35 min。平板速度以保證步態(tài)質(zhì)量及患者的舒適與適應(yīng)為前提，治療師通過觀察計(jì)算機(jī)屏幕患者步行訓(xùn)練的反饋曲線及Lokomat機(jī)械腿速度與運(yùn)動平板速度是否匹配來判斷，一般為1.7～2.6 km/h。減重量調(diào)節(jié)到患者最大下肢負(fù)重，為0～32 kg。因訓(xùn)練速度較低時(shí)，Lokomat機(jī)械腿的阻力較大，需根據(jù)患者的耐受程度適當(dāng)增加引導(dǎo)力；引導(dǎo)力根據(jù)患者下肢肌力設(shè)置，使患者既主動參與肌力訓(xùn)練又不感覺下肢沉重，步行吃力，調(diào)節(jié)范圍0～80%。隨著患者運(yùn)動能力的提高，逐漸增加訓(xùn)練參數(shù)的難度，間斷給予患者低速至高速之間的變速訓(xùn)練；如患者雙上肢活動無明顯障礙，可通過調(diào)節(jié)Lokomat系統(tǒng)平行杠的寬度讓其交替協(xié)調(diào)地?cái)[臂步行。

患者實(shí)際訓(xùn)練參數(shù)如下：訓(xùn)練36～51次，平均(43.4±5.42)次；訓(xùn)練速度1.7～2.6 km/h，平均(2.08± 0.09)km/h；減重量0～30 kg，平均(16±3.39)kg；訓(xùn)練距離858～1315 m，平均(1051.03±46.01)m。

1.3 評價(jià)指標(biāo)

采用ASIA標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)患者下肢運(yùn)動功能評分(LEMS)。步態(tài)分析指標(biāo)包括：步速(m/s)、步長(cm)、雙支撐相(%步行周期)、單支撐相(%步行周期)及對稱指數(shù)(SI)：

其中Sls是肌力較強(qiáng)的一側(cè)下肢的步長，Slw是肌力較弱的一側(cè)下肢步長，SI指數(shù)為0說明下肢運(yùn)動對稱，數(shù)值越大對稱性越差。

訓(xùn)練參數(shù)評估：運(yùn)動平板速度(km/h)、減重量(kg)及運(yùn)動平板訓(xùn)練距離(m)。

分別于訓(xùn)練前、訓(xùn)練后6周及12周進(jìn)行評定。

1.3.1 LEMS ASIA運(yùn)動評分(ASIA-MS)被接受為評價(jià)脊髓損傷功能損害程度的一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)。LEMS總分為50分，為徒手肌力檢查法評測代表雙下肢的5個(gè)關(guān)鍵肌(髖屈肌、伸膝肌、足背屈肌、足跖屈肌和踇長伸肌)肌力總和。

本研究采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析，本研究采用x2檢驗(yàn)所有涉及到的計(jì)數(shù)資料，兩組數(shù)據(jù)之間的差異性采用P＜0.05表示差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.3.2 步態(tài)參數(shù) 通過步態(tài)分析儀測量：患者在與計(jì)算機(jī)相連的3.8×0.6 m的壓力感應(yīng)墊上，以其最舒適步速連續(xù)行走3次。計(jì)算機(jī)分析軟件自動計(jì)算步態(tài)參數(shù)。測試時(shí)使用相同的助行器或等量的人力輔助。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料用(±s)表示，均數(shù)比較采用重復(fù)測量方差分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

10例患者完成規(guī)定訓(xùn)練，數(shù)據(jù)全部納入統(tǒng)計(jì)分析。

訓(xùn)練前、中、后，LEMS、左下肢步長、右下肢步長、左下肢雙支撐期、右下肢雙支撐期、左下肢單支撐期、右下肢單支撐期及對稱指數(shù)、運(yùn)動平板速度、運(yùn)動平板步行距離、地面步速、減重量于均有非常高度顯著性差異(P＜0.001)。見表2。

3例患者在開始幾次訓(xùn)練時(shí)主訴吊帶導(dǎo)致腹股溝區(qū)皮膚發(fā)紅疼痛，2例患者出現(xiàn)小腿內(nèi)側(cè)靠近內(nèi)踝處皮膚磨損發(fā)紅。通過加墊保護(hù)及調(diào)整吊帶的松緊，1周后適應(yīng)并好轉(zhuǎn)，未影響訓(xùn)練。未發(fā)生其他并發(fā)癥及其他安全問題。

3 討論

本研究顯示，步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人能輕微改善不完全性脊髓損傷患者LEMS。LEMS增加一方面反映皮層脊髓功能的自發(fā)性恢復(fù)；另一方面，也在一定程度上反映脊髓損傷平面以下脊髓的可塑性[3]。但LEMS的改善與患者步行功能不一定相關(guān)。除LEMS外，患者步行功能也與患者的年齡、脊髓損傷平面、脊髓損傷平面以下感覺保留程度、患者的主觀積極性、對康復(fù)訓(xùn)練的重視程度及患者的心肺耐力等因素有關(guān)。

表2 患者訓(xùn)練前后各項(xiàng)評定結(jié)果比較

本研究觀察到，訓(xùn)練后所有患者都產(chǎn)生了不同程度的步速、步長增加?；颊卟剿偌安介L的增加一方面與肌力增加有關(guān)，另一方面也與下肢肌肉激活數(shù)量增加、肌肉的激活模式改變及肌肉間的協(xié)調(diào)性增加有關(guān)。曾有報(bào)道，脊髓損傷患者由于神經(jīng)控制的缺陷，康復(fù)訓(xùn)練所引起的步速增加可能主要依靠增加步長而不是步頻[4]。本研究訓(xùn)練12周后，患者地面步速增加量為(0.20±0.10)m/s，雖然沒有大的改進(jìn)，但也有臨床意義(≥0.05 m/s)[5]?；颊哂?xùn)練后運(yùn)動平板速度提高(0.62±0.12)km/h，最大訓(xùn)練速度只達(dá)到2.6 km/h(0.72 m/s)，低于最低的社區(qū)運(yùn)動步速(0.8 m/s)[6]。如果速度調(diào)整太快，超過患者的承受能力，就不能保證步態(tài)質(zhì)量和下肢肌肉的協(xié)調(diào)用力。但是較低的訓(xùn)練速度對患者地面步速改進(jìn)可能不會產(chǎn)生太大的影響。有文獻(xiàn)報(bào)道，腦卒中患者在機(jī)器人及治療師協(xié)助的減重運(yùn)動平板步態(tài)訓(xùn)練時(shí)，較低和較高的訓(xùn)練速度沒有產(chǎn)生較大的訓(xùn)練成果差異[7]。

從對稱指數(shù)可以看出，Lokomat訓(xùn)練使患者雙下肢步行時(shí)的對稱性提高，原因是在步態(tài)訓(xùn)練過程中，通過對不同患者合適的訓(xùn)練參數(shù)的調(diào)整，可以為患者在整個(gè)訓(xùn)練期間提供一致、正常、重復(fù)性的訓(xùn)練，并且可以防止異常的代償模式，使兩側(cè)下肢肌肉得到有效、協(xié)調(diào)地利用，這種訓(xùn)練方法非常有利于患者雙下肢對稱性的改善。其他有關(guān)脊髓損傷患者機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練的研究也觀察到了這種對稱性的改進(jìn)[8-9]。

所有患者雙下肢都顯示了單足支撐期的延長及雙足支撐期縮短，表明機(jī)器人自動步態(tài)訓(xùn)練導(dǎo)致患者步行平衡、協(xié)調(diào)性的改進(jìn)。較長的雙足支撐期可以使脊髓損傷患者有更少的平衡及肌力需要，可以提高身體的穩(wěn)定性[10]。雖然慢性不完全性脊髓損傷患者有一定的下肢自主運(yùn)動及控制能力，但是訓(xùn)練前的評估顯示患者步行的平衡性、協(xié)調(diào)性及對稱性較差，這些參數(shù)的改進(jìn)在一定程度說明訓(xùn)練提高了患者的運(yùn)動控制能力。

有研究顯示，脊髓對下肢運(yùn)動的控制可能不只局限于L2椎體以下的低位脊髓，對于下肢運(yùn)動整體協(xié)調(diào)性的控制要受包括頸段脊髓在內(nèi)的整個(gè)脊髓的影響[11]，運(yùn)動控制能力的改善也體現(xiàn)了脊髓整體功能的提高。

Lokomat運(yùn)動平板訓(xùn)練時(shí)，交替、節(jié)律的下肢負(fù)重步行能夠使中樞神經(jīng)系統(tǒng)不斷接受并處理多種輸入感覺信息的刺激，通過在這種訓(xùn)練環(huán)境下對感覺輸入信息的整合訓(xùn)練，能夠促進(jìn)主動肌及拮抗肌更加協(xié)調(diào)的運(yùn)動模式[12]。而且，動物研究也顯示，運(yùn)動平板訓(xùn)練時(shí)除了下肢肌肉的參與，軀干肌肉也被激活[13]，這些都可能有助于患者步行時(shí)平衡和協(xié)調(diào)性的改進(jìn)。

本研究使用的Lokomat系統(tǒng)平衡杠的寬度可以調(diào)節(jié)。盡管Lokomat下肢支具兩側(cè)用來固定髖部大轉(zhuǎn)子的部位各有14 cm左右的延伸，但如果患者的上肢運(yùn)動能力無明顯障礙，訓(xùn)練過程中可以通過調(diào)整平衡桿的寬度使其模仿正常人的步行模式擺臂行走。交替協(xié)調(diào)的擺臂步行能夠幫助穩(wěn)定搖動的身體、減少軀干垂軸的扭矩，減少雙足與地面的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，也有利于提高下肢肌肉的激活與協(xié)調(diào)性，因而也促進(jìn)了患者步行時(shí)平衡和協(xié)調(diào)性的提高[14]。

由于有些患者的步行能力較差，不能堅(jiān)持較長的地面步行時(shí)間，本研究沒有對患者進(jìn)行地面步行耐力評估。但我們認(rèn)為，Lokomat步態(tài)訓(xùn)練能提高患者步行耐力。這體現(xiàn)在雖然每次訓(xùn)練的時(shí)間沒有明顯增加，但各個(gè)訓(xùn)練參數(shù)的難度已明顯提高?；颊唛_始訓(xùn)練時(shí)，持續(xù)時(shí)間一般不到30 min已感覺疲勞、大汗、步態(tài)質(zhì)量明顯下降，需要降低訓(xùn)練參數(shù)的難度或訓(xùn)練中休息幾分鐘來緩解疲勞；隨著訓(xùn)練時(shí)間的延長，雖然訓(xùn)練難度提高，但患者訓(xùn)練后無明顯疲勞表現(xiàn)，也能保持較好的步態(tài)質(zhì)量。此外，雖然患者每次訓(xùn)練時(shí)間沒有延長，由于訓(xùn)練速度增加，訓(xùn)練時(shí)運(yùn)動平板步行距離也明顯增加，12周時(shí)平均增加(312.80±66.39) m。

據(jù)報(bào)道，訓(xùn)練時(shí)的減重量對患者的能量消耗影響較大[15]。本研究顯示，全部患者都顯示出減重量減少，即患者步行時(shí)主動負(fù)重增加。這也體現(xiàn)了患者步行耐力的增加。

機(jī)器人自動步態(tài)訓(xùn)練是一種有效的步態(tài)訓(xùn)練手段，有助于改善不完全性脊髓損傷患者的異常步態(tài)。

[1]Mehrholz J,Kugler J,Pohl M.Locomotor training for walking after spinal cord injury[J].Spine(Phila Pa 1976),2008,33: E768-E777.

[2]Behrman AL,Harkema SJ.Locomotor training after human spinal cord injury:a series of case studies[J].Phys Ther,2000,80: 688-700.

[3]Wirz M,Zemon DH,Rupp R,et al.Effectiveness of automated locomotor training in patients with chronic incomplete spinal cord injury:a multicenter trial[J].Arch Phys Med Rehabil, 2005,86:672-680.

[4]Pépin A,Norman KE,Barbeau H.Treadmill walking in incomplete spinal-cord-injured subjects:1.Adaptation to changes in speed[J].Spinal Cord,2003,41(5):257-270.

[5]Musselman KE,Fouad K,Misiaszek JE,et al.Training of walking skills overground and on the treadmill:case series on individuals with incomplete spinal cord injury[J].Phys Ther, 2009,89(6):601-611.

[6]Behrman AL,Lawless-Dixon AR,Davis SB,et al.Locomotor training progression and outcomes after incomplete spinal cord injury[J].Phys Ther,2005,85(12):1356-1371.

[7]Westlake KP,Patten C.Pilot study of Lokomat versus manual-assisted treadmill training for locomotor recovery post-stroke[J].J Neuroeng Rehabil,2009,6:18.

[8]Nooijen CF,Ter Hoeve N,Field-Fote EC.Gait quality is improved by locomotor training in individuals with SCI regardless of training approach[J].J Neuroeng Rehabil,2009,6:36.

[9]Field-Fote EC,Lindley SD,Sherman AL.Locomotor training approaches for individuals with spinal cord injury:a preliminary report of walking-related outcomes[J].J Neurol Phys Ther,2005,29:127-137.

[10]van Hedel HJ,Wirth B,Dietz V.Limits of locomotor ability in subjects with a spinal cord injury[J].Spinal Cord,2005,43 (10):593-603.

[11]Dietz V,Nakazawa K,Wirz M,et al.Level of spinal cord lesion determines locomotor activity in spinal man[J].Exp Brain Res,1999,128(3):405-409.

[12]Harkema SJ.Neural plasticity after human spinal cord injury: application of locomotor training to the rehabilitation of walking[J].Neuroscientist,2001,7:455-468.

[13]Wernig A,Muller S,Nanassy A,et al.Laufband therapy based on'rules of spinal locomotion'is effective in spinal cord injured persons[J].Eur J Neurosci,1995,7:823-829.

[14]Ferris DP,Huang HJ,Kao PC.Moving the arms to activate the legs[J].Exerc Sport Sci Rev,2006,34(3):113-120.

[15]Krewer C,Müller F,Husemann B,et al.The influence of different Lokomat walking conditions on the energy expenditure of hemiparetic patients and healthy subjects[J].Gait Posture, 2007,26(3):372-377.

Effect of Robot-assisted Walking Therapy on Gait of Patients with Incomplete Spinal Cord Injury

GUO Su-mei,LI Jiаn-min,WU Qing-wen,et аl.Tаngshаn Gongren Hospitаl,Tаngshаn 063000,Heibei,Chinа

ObjectiveTo investigate the effect of robot-assisted walking therapy on gait of patients with incomplete spinal cord injury.Methods10 patients with incomplete spinal cord injury accepted robot-assisted walking therapy with Lokomat for 12 weeks.The Lower Extremity Motor Scores(LEMS),step lenth(left and right),double support(left and right),single support(left and right),Symmetry Index (SI),overground gait speed,treadmill training speed,treadmill training distance and the amount of body-weight unload were recorded before,6 weeks and 12 weeks after training.ResultsAll the patients finished the training.There was significant difference in all the indices among those were before,6 weeks and 12 weeks after training(P＜0.001).ConclusionRobot-assisted walking therapy with Lokomat facilitates to improve gait in patients with incomplete spinal cord injury.

incomplete spinal cord injury;robot-assisted rehabilitation;gait;rehabilitation

R651.2

A

1006-9771(2013)07-0676-04

2012-10-15)

1.唐山工人醫(yī)院，河北唐山市063000；2.河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院，河北唐山市063000；3.河北聯(lián)合大學(xué)護(hù)理與康復(fù)學(xué)院，河北唐山市063009。作者簡介：郭素梅(1973-)，女，漢族，河北唐山市人，碩士研究生，主管護(hù)師，主要研究方向：骨科康復(fù)。通訊作者：吳慶文。

10.3969/j.issn.1006-9771.2013.07.023