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        慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者的步態(tài)特征研究進展

        2022-08-26 09:37:40張積眾侯震房濤付麗娟
        中醫(yī)正骨 2022年5期
        關(guān)鍵詞:健康人步態(tài)腓骨

        張積眾,侯震,房濤,付麗娟

        (吉林體育學院,吉林 長春 130022)

        慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(chronic ankle instability,CAI)是指踝關(guān)節(jié)周圍韌帶受損后導致踝關(guān)節(jié)不穩(wěn),可引起踝關(guān)節(jié)頻繁扭傷。CAI通常由急性踝關(guān)節(jié)扭傷發(fā)展而來[1],主要臨床表現(xiàn)為持續(xù)外踝部疼痛、踝關(guān)節(jié)習慣性扭傷、打軟腿、不平道路行走困難等。其發(fā)病與踝部肌肉力量下降[2]、本體感覺缺失[3]、神經(jīng)肌肉控制能力減退[4]、平衡功能障礙[5]、踝關(guān)節(jié)周圍韌帶受損等諸多因素有關(guān),嚴重影響患者的正常生活。CAI的診斷和療效評價,目前臨床上主要依據(jù)患者的臨床表現(xiàn)、體格檢查及影像學檢查,但這些方法無法定量評估踝關(guān)節(jié)功能。步態(tài)分析是研究步行規(guī)律的檢查方法,不僅能對人體行走方式進行客觀記錄,還能對步行功能進行系統(tǒng)評價。步態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展有助于從多個角度客觀描述CAI患者的步態(tài)特征,也有助于分析CAI患者與健康人在踝關(guān)節(jié)功能上的差異。對CAI患者的步態(tài)特征進行研究,可以為該病的診斷和療效評價提供客觀依據(jù)。但是,目前學界對CAI患者的步態(tài)特征尚未完全達成共識。本文就CAI患者的步態(tài)特征研究進展綜述如下。

        1 CAI的概述

        踝關(guān)節(jié)扭傷是臨床上最常見的運動損傷,約40%的踝關(guān)節(jié)急性扭傷后期會發(fā)展為CAI[6]。CAI是踝關(guān)節(jié)退行性疾病發(fā)生的危險因素之一。CAI分為機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(mechanical ankle instability,MAI)和功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(functional ankle instability,F(xiàn)AI),對兩者進行區(qū)分的直接方法是觀察關(guān)節(jié)運動幅度是否處于正常的范圍內(nèi)。CAI通常用以描述MAI與FAI共同存在情況。Hertel[7]認為,CAI患者由于外側(cè)踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定反復(fù)發(fā)作,容易造成踝關(guān)節(jié)的反復(fù)扭傷。Hiller等[8]認為,CAI的特征是周期性踝關(guān)節(jié)扭傷,患者可自我感知到踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。

        2 正常步態(tài)的內(nèi)涵

        步態(tài)是指人體步行時的姿態(tài)和行為特征,人體通過髖、膝、踝、足趾的一系列連續(xù)活動,使身體沿著一定方向移動的過程。人類的步態(tài)是一個復(fù)雜的周期性過程,需要肌肉、骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)同作用。正常步態(tài)具有穩(wěn)定性、周期性、節(jié)律性、方向性、協(xié)調(diào)性以及個體差異性,然而,當人們存在疾病時,這些步態(tài)特征將有明顯的變化。正常人之間的步態(tài)具有差異性,因此在獲取步態(tài)參數(shù)時要以個體差異為前提[9]。正常步態(tài)不僅需要具備身體姿勢平穩(wěn),步寬、步長和步頻適當,步行耗能最少,雙側(cè)對稱的特點[10],還要求髖、膝、踝關(guān)節(jié)的有機協(xié)調(diào)配合。正常人體的重心在第2骶椎前緣,兩側(cè)髖關(guān)節(jié)中央,步行時人體重心不僅在水平方向,而且在垂直方向上不斷改變著位置和速度。重心的移動是影響步行能耗的重要因素,重心偏移程度越小,越能有效降低能耗[11]。

        3 步態(tài)分析的方法

        由于技術(shù)手段的落后,在很長的一段時期內(nèi)人類對步態(tài)的分析只能局限于定性而非定量分析[12]。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,步態(tài)分析的方法也取得了長足的進步,不再只是借助原始的足印法進行分析,而是采用運動捕獲系統(tǒng)、足底壓力采集系統(tǒng)、動態(tài)表面肌電測試系統(tǒng)等測試工具進行分析。運動捕獲系統(tǒng)采用4~6臺高速紅外攝影機對患者步行時的運動學參數(shù)進行記錄,并通過計算機將捕捉到的步態(tài)的形態(tài)、速度和方向等初始值轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)據(jù),動態(tài)測試人體行走功能[13]。足底壓力采集系統(tǒng)用于收集步行時的地面反應(yīng)力信號。動態(tài)表面肌電系統(tǒng)用以采集步行時的肌肉活動信號。這些步態(tài)分析方法在對患者的運動學、動力學、肌電活動、能量參數(shù)進行分析后,能夠全面掌握異常步態(tài)的形成原因,從而指導運動系統(tǒng)疾病的臨床診治、療效評估、康復(fù)鍛煉等。

        4 CAI患者的步態(tài)特征

        4.1 運動學特征步態(tài)運動學分析是研究人體步行時肢體運動時間和空間變化規(guī)律的科學方法。與健康人相比,CAI患者的運動學特征是后足和踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度增大,踝背伸角度減小。既往有研究[14]通過三維運動捕捉系統(tǒng)獲取CAI患者與健康人在跑步機上行走或慢跑時的下肢運動學參數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)當步行周期處于擺動末期至足跟著地這一階段時,CAI患者后足內(nèi)翻角度增大。而Balasukumaran等[15-16]的研究結(jié)果表明,CAI患者在足跟著地過程中會出現(xiàn)明顯的踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻,這是CAI患者與健康人之間在步態(tài)運動學特征上最常見的差異。Delahunt等[17]研究發(fā)現(xiàn),當CAI患者步行時,在腳跟著地前、腳跟著地瞬間和腳跟著地后踝關(guān)節(jié)均處于明顯的內(nèi)翻位。Northeast等[18]對CAI患者的完整步態(tài)周期進行分析后,發(fā)現(xiàn)在支撐相的前4%~16%這一時間段,CAI患者的患肢前足內(nèi)翻角度增大。Monaghan等[19]的研究結(jié)果顯示,CAI患者與健康人相比,在足跟著地前100 ms至足跟著地后200 ms踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度更大;如果步速加快,CAI患者的踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度可能會增大,但是CAI患者的平均步速與健康人無明顯差異。CAI患者還表現(xiàn)為步行時踝關(guān)節(jié)背伸障礙。Chinn等[20]研究發(fā)現(xiàn),CAI患者無論是在步行時還是慢跑時,踝關(guān)節(jié)跖屈程度均高于健康人。Abdelraouf等[21]發(fā)現(xiàn),CAI患者穿鞋行走時的踝關(guān)節(jié)跖屈和內(nèi)翻角度較赤腳行走時增大。由于CAI患者的踝關(guān)節(jié)周圍肌肉力量和張力不足以及本體感覺反饋能力下降,CAI患者對與運動有關(guān)的信息感知的敏感度不夠,不能及時將信息傳遞給中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行處理,從而難以在動態(tài)運動中控制踝關(guān)節(jié)位置,踝關(guān)節(jié)損傷的風險也因此而明顯增加。

        CAI患者除了具備上述運動學特征外,髖、膝關(guān)節(jié)也可能在步行時表現(xiàn)出特殊的運動模式,但學界對此未達成統(tǒng)一的意見。Drewes等[22]研究認為,CAI患者步行時髖關(guān)節(jié)外旋角度會增大,從而改變步行時足踝的位置,進而造成踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷。Moisan等[23-24]的研究結(jié)果卻顯示,與健康人相比,CAI患者在支撐相的中后期髖關(guān)節(jié)的外旋角度減小,髖關(guān)節(jié)外展力矩增加。而Monaghan等[19]的研究結(jié)果顯示,CAI患者與健康人在髖、膝關(guān)節(jié)的額狀面、矢狀面或水平面上的運動無明顯差異。

        4.2 動力學特征步態(tài)動力學分析,是借助壓力墊、力板或鞋墊式足底壓力測試系統(tǒng)等對步行時足與地面之間的反作用力和反作用的強度、方向、時間等的變化進行定量分析的方法。與健康人相比,CAI患者的動力學特征表現(xiàn)為前足外側(cè)和中足外側(cè)的壓力值增大,出現(xiàn)明顯的壓力中心(centre of pressure,COP)軌跡的偏移,在支撐相后期至足趾離地期間踝關(guān)節(jié)跖屈力矩增加,重心移動速度減緩以及地面反作用力增加。

        Nawata等[25]和Nyska等[26]在研究中均發(fā)現(xiàn),CAI患者在支撐相更傾向于將足底壓力施加在足外側(cè)。Schmidt等[27]研究發(fā)現(xiàn),CAI患者在步行過程中,前足外側(cè)和中足外側(cè)的峰值壓力以及壓力-時間積分均增加(峰值壓力表示足特定區(qū)域的最大壓力,而壓力-時間積分表示足特定區(qū)域的總壓力乘以站立時間的數(shù)值)。Koldenhoven等[28]研究發(fā)現(xiàn),CAI患者在支撐相的COP軌跡出現(xiàn)明顯偏移,相較于健康人,CAI患者的COP位置在支撐相的前10%這一時間段平均增加2.9 mm的外移距離,在支撐相的50%~60%這一時間段平均增加7.5 mm的外移距離。上述特征可能與CAI患者后足和踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度增大有關(guān)。Koldenhoven等[29]認為,CAI患者可能存在髖外展肌功能障礙,所以CAI患者在擺動相出現(xiàn)了更大程度的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收,從而導致COP軌跡的偏移。Herb等[30]認為,在支撐相,健康人會增大踝關(guān)節(jié)背伸角度來緩沖地面的反作用力,但是CAI患者由于存在踝關(guān)節(jié)背伸無力,需膝關(guān)節(jié)增加屈曲角度來完成對地面反作用力的緩沖。Moisan等[23]的研究結(jié)果顯示,CAI患者的踝關(guān)節(jié)矢狀角和力矩與健康人的踝關(guān)節(jié)矢狀角和力矩不存在明顯差異。造成上述不同結(jié)論的原因可能是試驗條件的不同,如測試時選擇赤腳還是穿鞋、選擇平地上步行還是跑步機上步行等。Schmidt等[27]研究發(fā)現(xiàn),相較于健康人,在重心移動速度方面,CAI患者從足跟著地過渡到前足掌中央著地的時間延長。這說明重心在該區(qū)域的移動速度減緩,其原因可能是在支撐相的最后階段,踝關(guān)節(jié)由背伸變成跖屈后變得不夠穩(wěn)定,需要足夠的時間來穩(wěn)定支撐[25]。CAI患者在步行時所產(chǎn)生的地面反作用力高于健康人。Son等[31]研究認為,CAI患者在步行時無法適當調(diào)節(jié)下肢對地面的沖擊力,所以垂直地面反作用力、制動地面反作用力和推進地面反作用力均有所增加,并有可能會影響踝關(guān)節(jié)軟骨的代謝和健康。

        4.3 肌電激活特征肌電圖檢查是步態(tài)分析的重要內(nèi)容。動態(tài)肌電圖是一種有效評估CAI患者步行中肌肉活動的方法。通過記錄肌肉收縮伴隨的電信號,再對肌電信號的振幅、激活時間等進行分析,能夠?qū)Σ叫袝r肌肉活動的變化特征有所了解。由于腓骨長肌與髖部肌肉在穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)時發(fā)揮著特殊的作用,下文主要圍繞這2個方面進行闡述。

        4.3.1腓骨長肌激活特征 腓骨長肌的功能是使踝關(guān)節(jié)跖屈、外翻及限制踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻,對維持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定具有重要意義。有研究表明,CAI患者的腓骨長肌激活時長在步態(tài)周期中所占比例較健康人高約13%[32]。但是,近些年研究者主要圍繞CAI患者與健康人的腓骨長肌激活特征進行研究。

        腓骨長肌預(yù)激活指的是在步行的支撐相開始之前,腓骨長肌出現(xiàn)提前收縮的現(xiàn)象。Koldenhoven等[28]研究發(fā)現(xiàn),CAI患者在足跟著地前100 ms的激活程度遠高于健康人。然而,腓骨長肌預(yù)激活是否是一種預(yù)防踝扭傷的保護機制尚無定論。Delahunt等[17]和Feger等[33]認為,腓骨長肌預(yù)激活是一種預(yù)防踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的機制,即在足著地前,就通過對腓骨長肌的提前激活以及增加激活程度來糾正足的位置。如果腓骨長肌激活遲緩,將不足以在踝關(guān)節(jié)突然內(nèi)翻時及時做出反應(yīng),避免踝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生[34]。健康人腓骨長肌通常在支撐相中期被激活,其作用是使踝關(guān)節(jié)外翻以維持踝關(guān)節(jié)動態(tài)穩(wěn)定[35]。有研究者認為,腓骨長肌的預(yù)激活可能不是CAI患者理想的保護機制[32]。雖然CAI患者的腓骨長肌在支撐相中期的激活量與健康人無異,但是在整個支撐相依舊表現(xiàn)為COP的偏移;而且CAI患者的踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度大于健康人,COP移動軌跡更長[32]。這說明CAI患者的這種保護策略在恢復(fù)正常步態(tài)運動學和動力學方面可能是無效的。

        4.3.2髖部肌肉激活特征 人體下肢運動鏈由踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)組成,三者之間相互耦合。Hertel[36]認為,進行步行訓練時應(yīng)改善髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)性。良好的髖關(guān)節(jié)控制能力,能為膝、踝、足的功能發(fā)揮提供重要的保障。在步行時,CAI患者的髖關(guān)節(jié)發(fā)揮著更加重要的作用。Son等[31]認為,CAI患者一方面通過增加踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)肌肉離心收縮來緩沖地面反作用力;另一方面通過限制踝關(guān)節(jié)跖屈,增加髖關(guān)節(jié)伸展的力量,使髖關(guān)節(jié)在步態(tài)周期中發(fā)揮著重要的作用。

        髖關(guān)節(jié)外展肌功能障礙可能是引發(fā)踝關(guān)節(jié)扭傷反復(fù)發(fā)作的一個風險因素[37]。臀中肌是主要的髖關(guān)節(jié)外展肌。Son等[31]在實驗中觀察到CAI患者的臀中肌、臀大肌的激活不足,推測CAI患者存在神經(jīng)肌肉激活缺陷。Feger等[32]的研究結(jié)果也表明,CAI患者存在臀中肌、臀大肌功能的減退。然而,Moisan等[38]的研究結(jié)果卻顯示,在臀中肌功能方面CAI患者與健康人無明顯差異。造成上述結(jié)論不一致的原因可能是實驗條件不同。有學者通過動態(tài)肌肉骨骼超聲成像對臀中肌厚度進行直觀的測量,發(fā)現(xiàn)CAI患者的臀中肌厚度低于健康人[39]。而Dejong等[40]研究認為,臀中肌的延遲激活與臀中肌厚度有較強相關(guān)性。這說明CAI患者在步行時會表現(xiàn)為與髖關(guān)節(jié)生物力學有關(guān)的神經(jīng)肌肉功能的改變。臀中肌的激活不足會增加髖關(guān)節(jié)內(nèi)收,導致骨盆傾斜和上半身在額狀面的不平衡,支撐側(cè)下肢的COP向外側(cè)移動,增加踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻扭傷的風險。Koldenhoven等[28]的研究發(fā)現(xiàn),CAI患者的臀中肌在步行時存在提前激活以及更高程度的激活現(xiàn)象,這被認為是在步行時對踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的一種代償策略。綜上可知,對CAI患者進行康復(fù)治療時,除了加強對踝關(guān)節(jié)進行專門的康復(fù)訓練外,還應(yīng)加強對近端關(guān)節(jié)的神經(jīng)肌肉功能的訓練,從而改善由于長期CAI造成的髖關(guān)節(jié)控制能力下降等問題。

        5 小 結(jié)

        通過步態(tài)分析系統(tǒng)對CAI患者的步態(tài)特征進行客觀量化研究,可以為該病的診斷、治療和療效評價提供客觀依據(jù)。但是,目前有關(guān)CAI步態(tài)分析的試驗研究程序、方法以及評估步態(tài)的參數(shù)尚未統(tǒng)一,可能會影響研究結(jié)果的可靠性和一致性。因此,今后應(yīng)進一步規(guī)范和統(tǒng)一步態(tài)分析的試驗程序和方法以及評估步態(tài)的參數(shù),使步態(tài)分析能更好地為CAI診療和療效評價提供客觀可靠的依據(jù)。

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