宋云雅,郭錦麗,曹策

(1.山西醫(yī)科大學(xué),山西 太原 030000;2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科,山西 太原 030001)

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎癥(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是指原因未明的青少年脊柱側(cè)彎,AIS發(fā)病率高達(dá)2%～4%,常見(jiàn)于10～18歲的青少年,男性及女性發(fā)病比例約為1∶8[1-2],表現(xiàn)在生物力學(xué)方面為患者運(yùn)動(dòng)失衡和步態(tài)障礙等異常[3]。步態(tài)分析是采用電子傳感器、紅外光電系統(tǒng)等設(shè)備測(cè)量雙下肢靜態(tài)站立及動(dòng)態(tài)行走時(shí)的時(shí)空參數(shù),可動(dòng)態(tài)檢查單個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)中心在運(yùn)動(dòng)周期不同時(shí)相的三維空間的活動(dòng)角度變化[4]。步態(tài)分析作為直觀描述步行過(guò)程中肢體運(yùn)動(dòng)的量化檢查與分析手段,為臨床評(píng)定下肢功能狀態(tài)提供了更加客觀的依據(jù)[5]。目前步態(tài)分析在臨床骨科[6]、矯形器研發(fā)[7]、康復(fù)效果評(píng)估[8]、體育運(yùn)動(dòng)學(xué)、人機(jī)智能工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9-10],然而少有文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)不同側(cè)彎方向的AIS患者在靜止站立狀態(tài)下的平衡性和動(dòng)態(tài)行走狀態(tài)下的步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)變化。本研究通過(guò)分析不同側(cè)彎方向的AIS患者在靜態(tài)站立和動(dòng)態(tài)行走期間的步態(tài)變化,有助于AIS患者的管理以及為患者的行為功能評(píng)估和康復(fù)治療效果提供步態(tài)數(shù)據(jù)支持。

1研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

1.1 AIS的納入標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合國(guó)際脊柱外科學(xué)會(huì)關(guān)于AIS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[11];(2)年齡10～18歲;(3)患者脊柱彎曲相似,包括胸右腰左的雙彎、胸右或者腰左的單彎;(4)雙下肢長(zhǎng)度差<1 cm;(5)下肢及足部無(wú)明顯畸形;(6)未接受過(guò)脊柱側(cè)彎相關(guān)治療;(7)能理解并遵從指令獨(dú)立步行。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)脊柱側(cè)彎嚴(yán)重,主彎Cobb角度>45 °,雙下肢長(zhǎng)度差>1 cm,非特發(fā)性脊柱側(cè)彎;(2)神經(jīng)、肌肉、骨骼及精神等異常患病史者;(3)有生長(zhǎng)發(fā)育障礙及肌肉骨骼外傷史者;(4)患者及監(jiān)護(hù)人不同意或者無(wú)法配合完成步態(tài)分析評(píng)估者。

1.2 健康組納入標(biāo)準(zhǔn) (1)年齡10～18歲,性別不限;(2)生長(zhǎng)發(fā)育正常,無(wú)手術(shù)史、創(chuàng)傷史及其他影響運(yùn)動(dòng)功能的疾病者;(3)能理解并遵從指令獨(dú)立步行者。

1.3 一般資料 選取2021年5月到2021年9月于山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院脊柱病區(qū)首次確診的10～18歲的胸腰段AIS患者30例,以脊柱側(cè)彎主彎方向的不同分為三組：左側(cè)彎組9例,右側(cè)彎組10例,“S”型側(cè)彎組11例;另招募10～18歲健康對(duì)照組10例。各組受試者年齡、性別、體重、身高等一般資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見(jiàn)表1)。該研究已獲得山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)(202000860),受試者或者其監(jiān)護(hù)人已簽署知情同意書(shū)。

表1 四組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 資料收集方法 通過(guò)調(diào)查者測(cè)量獲得患者一般資料(性別、年齡、身高和體重),由一名主任醫(yī)師觀察脊柱正位全長(zhǎng)X線片上的側(cè)彎,根據(jù)側(cè)彎方向AIS患者分為左側(cè)彎、右側(cè)彎、“S”型側(cè)彎。

1.2.2 步態(tài)參數(shù)測(cè)量方法 (1)步態(tài)分析儀型號(hào)及注意事項(xiàng)。步態(tài)壓力分布平板測(cè)試系統(tǒng)型號(hào)：footscan 2 m HE;生產(chǎn)廠家：Rsscan Internetional。三維動(dòng)態(tài)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)型號(hào)：codamotion 2CX1;生產(chǎn)廠家：Charnwood dynamics limited。footscan壓力傳感器置于平整、硬質(zhì)地面處,為了防止受試者行走時(shí)不自然,在傳感器表面鋪置一層極薄、無(wú)彈性布。在測(cè)力板前續(xù)接2 m,后續(xù)接1 m硬質(zhì)泡沫墊,提供緩沖區(qū),提高結(jié)果準(zhǔn)確性。兩個(gè)三維動(dòng)態(tài)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭連線與footscan壓力傳感器長(zhǎng)軸垂直,且距離達(dá)6 m。保證檢查室環(huán)境光線均勻,避免過(guò)強(qiáng)光線對(duì)檢查結(jié)果的干擾。按照說(shuō)明要求對(duì)儀器分別進(jìn)行校準(zhǔn)。(2)受試者準(zhǔn)備。事先告知受試者檢查目的及注意事項(xiàng)。受試者赤足,充分暴露雙下肢和腰部并佩戴相關(guān)檢查套件。體表骨骼標(biāo)志點(diǎn)標(biāo)定,雙側(cè)的髂前上嵴、股骨內(nèi)外側(cè)髁、內(nèi)外踝標(biāo)定,從而確定骨盆及雙下肢的三維空間位置。(3)步態(tài)數(shù)據(jù)采集。每位受試者檢查前先適應(yīng)性行走5～10次,消除其緊張情緒,盡量保證受試者以自然、真實(shí)的步態(tài)通過(guò)測(cè)試區(qū)域。每位檢查者重復(fù)采集3次完整步態(tài),步態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)采用3次記錄的平均值。

1.3 主要觀察指標(biāo)

1.3.1 靜態(tài)站立負(fù)重參數(shù) 測(cè)量四組研究對(duì)象在靜態(tài)站立狀態(tài)下的雙足負(fù)重情況。觀察不同側(cè)彎方向AIS患者與健康青少年的身體平衡情況,為縮小誤差,減少個(gè)體差異的影響,平衡性步態(tài)指標(biāo)(靜態(tài)站立負(fù)重、動(dòng)態(tài)行走負(fù)重)采用比值率的形式(左足：右足),正常理論數(shù)值為“1”(如比值率>1,則說(shuō)明左足負(fù)重>右足)。其中靜態(tài)站立負(fù)重直接采用體重的%表示。

1.3.2 時(shí)空參數(shù) 測(cè)量四組受試者在自然行走狀態(tài)時(shí)的負(fù)重、步速、步長(zhǎng)、步頻、步寬、步行周期、支撐相所占步態(tài)周期百分比。

1.3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù) 測(cè)量四組受試者在自然行走狀態(tài)時(shí)的兩側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍,可反映下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)能力。

2 結(jié) 果

2.1 靜態(tài)站立負(fù)重及動(dòng)態(tài)平衡性分析 四組受試者靜態(tài)足底負(fù)重差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表2),其中左側(cè)彎組的左足負(fù)重大于右足,右側(cè)彎組的右足負(fù)重大于左足,“S”型側(cè)彎組和對(duì)照組負(fù)重趨于平衡。比較四組AIS患者負(fù)重動(dòng)態(tài)平衡性發(fā)現(xiàn),左側(cè)彎組和“S”型側(cè)彎組在兩種狀態(tài)下的足底壓力負(fù)重比值率均>1(見(jiàn)表3)。

表2 四組靜態(tài)站立時(shí)足底負(fù)重分布情況

表3 四組AIS患者負(fù)重平衡性比較結(jié)果

2.2 步態(tài)分析參數(shù)

2.2.1 時(shí)空參數(shù) 分析各組受試者在自然行走狀態(tài)下的步速、步長(zhǎng)、步頻、步寬、步行周期、總支撐相所占步態(tài)周期百分比發(fā)現(xiàn),四組AIS患者的步長(zhǎng)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表4)。

表4 四組AIS患者步態(tài)時(shí)空參數(shù)比較

2.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù) 通過(guò)分析四組AIS患者在自然行走狀態(tài)下兩側(cè)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍發(fā)現(xiàn),右側(cè)彎組兩側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表5)。

表5 四組髖、膝、踝關(guān)節(jié)兩側(cè)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍比較

3 討 論

AIS是一種復(fù)雜的三維畸形,主要表現(xiàn)為椎體、胸部畸形、軀干外形不對(duì)稱,會(huì)引起患者頭、肩、軀干、骨盆在三維平面上的姿勢(shì)發(fā)生改變,加重患者的平衡功能障礙[12]。靜態(tài)站立時(shí)雙側(cè)足底壓力所占百分比可反映身體負(fù)重平衡性及脊柱的對(duì)稱性,動(dòng)態(tài)行走時(shí)的平衡是人體在受到外力作用或處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)維持穩(wěn)定姿勢(shì)、防止跌倒的能力[13-14]。

青春期是骨量持續(xù)增加的發(fā)展時(shí)期,研究表明AIS會(huì)造成低骨量,最終引發(fā)骨強(qiáng)度和骨量峰值的下降[15]。正常步態(tài)是在神經(jīng)、骨骼、肌肉等系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)下形成的。脊柱是參與維持平衡狀態(tài)的重要結(jié)構(gòu),而AIS會(huì)顯著影響脊柱的靈活性,使脊柱發(fā)生側(cè)偏移,引起身體重心的改變,從而破壞患者的身體平衡性[16]。Haddas等[17]和朱飛龍等[18]研究發(fā)現(xiàn)AIS患者的側(cè)彎足底壓力大于對(duì)側(cè),“S”型側(cè)彎患者靜態(tài)站立時(shí)雙足底壓力對(duì)稱性優(yōu)于單向側(cè)彎患者的雙足底壓力。本研究中左、右側(cè)彎組靜態(tài)站立時(shí)側(cè)彎足壓力大于對(duì)側(cè),“S”型側(cè)彎組的兩側(cè)足底壓力對(duì)比并不明顯,趨于平衡狀態(tài);而動(dòng)態(tài)行走時(shí)三個(gè)側(cè)彎組的兩側(cè)足壓力均趨于平衡狀態(tài)(比值率≈1),提示患者靜態(tài)站立時(shí)重心偏向側(cè)彎,使同側(cè)足負(fù)重增加,動(dòng)態(tài)行走時(shí)身體反而趨向于平衡。Struber等[19]研究發(fā)現(xiàn),AIS患者靜態(tài)站立時(shí)存在不平衡,這種不平衡與彎曲方向有關(guān),自然行走時(shí)軀干相對(duì)于骨盆向凹側(cè)旋轉(zhuǎn),補(bǔ)償機(jī)制使患者身體在動(dòng)態(tài)行走時(shí)趨于平衡。Caan等[20]通過(guò)觀察36例Cobb角在25 °～45 °之間的特發(fā)性“S”型脊柱側(cè)凸的患者發(fā)現(xiàn),脊柱側(cè)凸曲線對(duì)姿勢(shì)穩(wěn)定性有重要影響,骨盆會(huì)反向偏移來(lái)補(bǔ)償脊柱彎曲側(cè)的干擾,站立位時(shí)“S”型側(cè)彎對(duì)脊柱的代償作用可使身體趨于平衡穩(wěn)定。因此不同側(cè)彎方向的AIS患者在靜態(tài)站立負(fù)重各不相同,“S”型側(cè)彎患者的平衡性優(yōu)于左、右側(cè)彎組患者。

軀干是身體最大的部分,約占身體重量的50%,變形的脊柱曲線會(huì)引起軀干和身體質(zhì)量分布的改變,最終影響自身運(yùn)動(dòng),尤其是骨盆[21]。人體關(guān)節(jié)相互影響,當(dāng)關(guān)節(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),身體會(huì)代償性通過(guò)軀干力量糾正,促進(jìn)不良體態(tài)的形成,使患者雙下肢負(fù)重受力不平衡,整體重心發(fā)生偏移,運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)存在較大偏移[22]。AIS患者在步行時(shí)由于受到視覺(jué)、前庭覺(jué)、軀體本體感覺(jué)的影響,常表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)學(xué)異常特征[23]。比利時(shí)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),脊柱側(cè)凸嚴(yán)重程度與步長(zhǎng)相關(guān),AIS患者步長(zhǎng)明顯減小[24]。本研究中不同彎曲方向的AIS患者與對(duì)照組相比步長(zhǎng)均減少。AIS患者的時(shí)空特點(diǎn)與側(cè)彎方向之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下AIS患者側(cè)凸節(jié)段的脊柱比其他節(jié)段存在更高的載荷積累[25],同時(shí)AIS患者從踝關(guān)節(jié)到膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的能量成本逐漸增加[26],這就要求AIS患者比健康受試者付出更多的能量來(lái)進(jìn)行習(xí)慣性運(yùn)動(dòng)。Garg等發(fā)現(xiàn)由于運(yùn)動(dòng)和身體姿勢(shì)相關(guān)的生物力學(xué)在方向上產(chǎn)生不對(duì)稱,使脊柱畸形僵硬或腰椎和骨盆等肌肉的雙側(cè)激活時(shí)間延長(zhǎng),AIS患者行走時(shí)肩部、骨盆、髖關(guān)節(jié)[27]、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)矢狀面運(yùn)動(dòng)均減少[28],提示AIS患者兩側(cè)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍減少與脊柱僵硬變形及不對(duì)稱的肌肉活動(dòng)有關(guān)。脊柱結(jié)構(gòu)畸形會(huì)影響骨盆的結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響髖部運(yùn)動(dòng)。Syczewska等[29]通過(guò)比較身體兩側(cè)之間的步態(tài)參數(shù)發(fā)現(xiàn),AIS右側(cè)畸形對(duì)髖關(guān)節(jié)影響更為明顯,活動(dòng)范圍較小。本研究中右側(cè)彎組AIS患者行走時(shí),髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍差異明顯,可能與納入右側(cè)彎的嚴(yán)重程度有關(guān),而側(cè)彎方向?qū)οリP(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。目前已有研究表明髖、膝、踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度等步態(tài)參數(shù)異常與脊柱側(cè)彎嚴(yán)重程度有關(guān)[20],而由于同主題研究缺少,不同側(cè)彎方向AIS對(duì)患者運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的影響仍需要從更多數(shù)據(jù)研究中進(jìn)一步證實(shí)。

本研究通過(guò)使用步態(tài)分析發(fā)現(xiàn),不同側(cè)彎方向的AIS患者靜態(tài)站立負(fù)重及平衡性、步態(tài)分析時(shí)空參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,為AIS患者的步態(tài)功能評(píng)估和康復(fù)治療效果提供步態(tài)數(shù)據(jù)支持。由于本研究納入患者側(cè)彎角度僅限于<45 °,難以全面分析到不同角度AIS患者的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn);雖然觀察到的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但樣本量不足,無(wú)法根據(jù)不同側(cè)彎分組進(jìn)行更細(xì)化的研究;骨盆、椎旁肌肉組織等對(duì)脊柱的受力和步態(tài)特性具有一定影響,未來(lái)應(yīng)擴(kuò)大樣本量,考慮更多的影響因素,提高結(jié)果的可參考性和普遍性。