持续性电刺激对重症脑卒中患者步行重建的可行性研究

徐 蓉,李曦光,王明俊

治疗技术的进步和预防医学的发展,使脑血管意外的死亡人数大大减少。但是,发病率并未得到有效的控制,尤其是老年人的发病率有逐年上升的趋势。对于发病后遗留下的重度功能障碍者和老年人来说,机能恢复需要相当长的时间,即使在发病早期开始康复治疗,不能获得有效的功能恢复的病例在临床中也经常遇到。对于脑卒中后的偏瘫患者而言,大部分患者随着时间的推移,患侧下肢出现伸肌肌群优位的痉性麻痹,这种伸肌群的紧张亢进对于体重的支持提供了必要的生理基础,偏瘫侧可以负重是行走的关键。但对于重度的偏瘫患者而言,肌肉的紧张度低下,无法获得患侧下肢的体重支持,对于这部分患者目前主要采用长腿支具进行步行训练,这种训练由于固定膝关节,其结果往往是在较长时间难以形成实用的步态。针对这一情况,电刺激疗法作为一种新型的治疗手段正受到国内外愈来愈多的研究和关注。近年来,Popovic[1-2]又提出了功能性电刺激疗法理论 (functional electrical therapy,FET),它是一种为了达到训练目的,而使用持续电刺激集中强化进行训练的一种训练手法。有研究表明,对患者股四头肌进行电刺激时,刺激中立位时,患者的足压中心向偏瘫侧倾斜[3-5]。也就是说,对偏瘫侧进行电刺激时,电刺激对麻痹侧的负重有促进作用。以上的开创性成果表明,对于肌紧张度低下的重度偏瘫患者,如果通过 FET的电刺激方法控制近端关节,那么作为支具固定使用的 FET训练方法是一种可行的训练手段。步行中,对股直肌持续进行电刺激,通过偏瘫侧的支撑相安定化的形成,对患者获得步行机能给予了理论上的支持。本研究以肌紧张度低下的重度偏瘫患者为研究对象,对其股直肌采取持续电刺激的训练方法,将传统步行训练中的长腿支具改为短支具,以期达到缩短治疗时间,重建步行机能的目的。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取 2008年 3月—2009年 11月在我院住院治疗的首次脑卒中发病患者 14例为研究对象,其中男 8例,女 6例;平均年龄 (72.6±9.8)岁;脑出血 8例,脑梗死 6例;发病开始到试验日的平均天数为 (121.4±84.1)d;偏瘫侧下肢 Brunstorm Stage为 2级 8例,3级 6例;偏瘫侧膝关节的屈曲、伸直的 MAS得分为 0分。

1.2 方法 所有研究对象全部佩带 KAFO(knee ank le foot orthosis)支具,使用 T字或四点支撑拐杖,在步行训练中,治疗师在旁进行保护,必要时可以进行少量的介助。选取 10 m作为测试距离。电刺激装置采用低周波治疗仪 KR-7(日本OG技研),90mm×70mm电极贴敷于偏瘫侧股直肌上,电刺激形式采用频率 20 Hz,持续时间 0.2ms的矩形波,刺激强度为运动阈的 1.25倍左右,可观察到膝关节的伸展运动。在这种设定的电刺激模式下,进行步行 10 m的持续电刺激。在刺激前和刺激后的 10 m的步行训练中分别使用三维步态解析装置 (Kinema Tracer,日本光电)和表面肌电图 (Polymate AP1000,日本光电)进行步态解析和表面肌电图的动态分析。

1.3 统计学方法 采用 SPSS 12.0统计软件进行统计学分析。计量资料以 (±s)表示,采用 t检验,以 P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

持续电刺激前后重心和关节角度的变化显示,刺激后重心移动速度和健侧膝关节的角度明显提高,与刺激前比较差异有统计学意义 (P＜0.05,见表 1)。刺激前后步态的变化显示,刺激后偏瘫侧的步幅明显提高、健侧支撑相的时间大幅缩短,与刺激前比较差异有统计学意义 (P＜0.05,见表 2)。在表面肌电图的积分值测定中,偏瘫侧股直肌的积分值明显增加,说明肌肉活动量明显增加,与刺激前比较差异有统计学意义 (P＜0.05,见表 3)。

表 1 持续电刺激前后重心和关节角度的比较 ( ±s)Table 1 Comparison of VCG and each joint angle before and after ES

表 1 持续电刺激前后重心和关节角度的比较 ( ±s)Table 1 Comparison of VCG and each joint angle before and after ES

项目 刺激前 刺激后 t值 P值重心移动速度(cm/s) 23.20±11.52 25.68±12.84 3.447 0.025重心 X轴方向变化(cm) 6.28±2.10 6.50±2.85 1.943 0.071重心 Z轴方向变化(cm) 2.54±0.91 2.85±1.07 1.442 0.099胸腹部回旋角度(deg) 11.57±3.84 12.67±2.32 2.015 0.132膝关节角度变化(健侧,deg) 35.87±8.86 40.99±7.03 4.959 0.005膝关节角度变化(偏瘫侧,deg)21.44±8.46 21.42±10.92 2.015 0.247踝关节角度变化(健侧,deg) 20.86±7.25 22.29±8.07 1.865 0.153

表 2 持续电刺激前后步态的比较 (±s)Table 2 Comparison of parameter of walk cyc le before and after ES

表 2 持续电刺激前后步态的比较 (±s)Table 2 Comparison of parameter of walk cyc le before and after ES

项目 刺激前 刺激后 t值 P值步幅(健侧,cm) 35.74±14.52 36.01±13.04 2.484 0.058步幅(偏瘫侧,cm)40.09±17.34 42.47±16.39 3.489 0.023摆动相(健侧,s) 0.31±0.04 0.34±0.12 2.087 0.271摆动相(偏瘫侧,s) 0.59±0.12 0.58±0.15 1.956 0.312支撑相(健侧,s) 2.11±0.73 1.89±0.73 3.562 0.013支撑相(偏瘫侧,s) 1.80±0.56 1.63±0.66 2.224 0.163步速(健侧,cm/s)109.36±42.93108.20±42.61 1.873 0.324步速(偏瘫侧,cm/s)74.74±37.87 81.76±31.26 2.891 0.068

表 3 持续电刺激前后表面肌电图的积分值的比较 ( ±s,mv· s)Tab le 3 Comparison of iEMGs before and after ES

表 3 持续电刺激前后表面肌电图的积分值的比较 ( ±s,mv· s)Tab le 3 Comparison of iEMGs before and after ES

项目 刺激前 刺激后 t值 P值股直肌(健侧) 3.28±1.27 3.27±1.58 1.942 0.463股直肌(偏瘫侧) 2.38±1.67 2.71±2.03 4.955 0.001大腿三头肌(健侧) 2.60±1.67 3.43±2.58 2.203 0.067大腿三头肌(偏瘫侧)1.67±1.12 1.91±1.62 2.078 0.206胫前肌(健侧) 5.77±3.05 6.13±3.82 1.977 0.282胫前肌(偏瘫侧) 3.26±2.75 3.03±2.25 1.943 0.449腓肠肌(健侧) 4.48±1.70 4.98±2.33 2.464 0.120

3 讨论

步行由多个关节和肌肉的协调运动所产生,摆动相需要髋关节的屈曲、膝关节的屈曲、踝关节的背屈,而后膝关节的伸展;支撑相需要髋关节伸展和膝关节伸展来支撑体重[6]。在大腿四头肌中,股直肌收缩可产生膝关节伸展和髋关节屈曲,这样既可支撑体重,又可增强髋关节屈曲。如果持续对股直肌进行电刺激,可以起到固定关节、增加摆动相步幅的可能,从理论上支持本研究观点。

正常人自然步态中,摆动相占整个步行周期的 40%[7]。从步行周期的参数分析中可以得出,摆动相中健侧占 13%,偏瘫侧占 25%,与正常值相比占整个步行周期的比值非常小,偏瘫侧几乎是健侧的 2倍,从此可以推断偏瘫侧摆动相步幅的增加可以大大提高步行速度。本研究结果显示,通过持续性电刺激股直肌,可使重心移动速度提高,偏瘫侧步幅增加以及健侧支撑相时间减少。健侧支撑相时间的减少,在一定程度上说明了体重的重心向偏瘫侧移动。

Sinikka等[8]、Kim等[9]提出,偏瘫患者步幅的增加中最重要的生理学原因是大腿四头肌肌力的提高。本研究中刺激后偏瘫侧大腿四头肌的积分值 (iMEG)的增加,表明了肌肉运动单位的增加。也就是说大腿四头肌的肌肉活动量在短时间内可以起到促通作用。电刺激或者在步行训练状态下持续电刺激,可以提高大腿四头肌的肌力,尤其对于开始步行训练速度非常缓慢的患者来说,是一种非常有效的改善步行速度的方法[10]。

大腿四头肌肌活动量的增加,使刺激后发生延滞效应(carry over effect)的可能性比较高,这是电刺激单独的效果,还是电刺激同时进行步行训练的结果还不十分清楚。一般来说,用电刺激进行肌力强化训练,一般需要数个月。半田[11]、Gracanin[12-13]、Bogataj[14-15]等认为关于中枢神经运动障碍患者电刺激的生理学原因是由于本体感觉而来的反馈控制(footback)和刺激产生的感觉入力的增强作用,强化了脊髓反射和上位中枢对运动的控制,该论点主要针对长期效应(long term effect),但是我们可以推论出在对某一靶肌肉进行电刺激时,可以通过调整动作中协同肌的肌肉活动,包括感觉入力的强化,即使是短期效应(short term effect),也同样产生促通效果。

在运动训练中使用电刺激的 FET方法,目前还没有文献报道。本研究中在步行训练中进行持续性的电刺激,在提高步行运动相关肌肉活动量的同时,对步行周期中不需要刺激的肌肉运动也可能会产生妨碍。通常股直肌协同大腿内、外侧肌群,主要参与支撑相中膝关节伸展的维持作用,但是本研究的结果表明,在肌张力低下的情况下,主要和髂腰肌等的肌肉一起对摆动期的髋关节屈曲起重要的作用。如果说股直肌在摆动期的髋关节屈曲和支撑相的膝关节伸直都有相关的话,在肌张力低下的情况下,在整个步行周期中持续对股直肌进行电刺激,可以增强整个步行周期的肌肉活动,提高相应关节的支配作用。但是,在步行能力得到改善,肌张力得到提高,对于这种持续性电刺激的可行性研究,将有待今后的进一步研究和临床验证。

1 Popovic MB.Clinical evaluation of functional electrical therapy in acute hemiplegic subjects[J].JRehabil Res Dev,2003,40:443-454.

2 Popovic MB.Retraining reaching and grasping functions in hem iplegic patients with the Chedoke McMaster Stages of motor recovery scores 1 and 2[Z].Proc 9th annual conf of IFESS,2004:31-33.

3 関和則.電気刺激とNeuromodulation.リハ医学 [Z].2003.

4 関和則.電気生理学的アプローチによる神経機能回復 [J].分子脳血管病,2005,4:38-42.

5 Miyai Ichiro,Mitsuo Suzuki,Megum iHatakenaka,et al.Effect of body weight support on cortical activation during gait in patients with stroke[J].Exp Brain Res,2006,169:85-91.

6 Tiebin Yan,ChristinaWY,Leonard SW.Functional electrical stimulation improvesmotor recovery of the lower extremity and walking ability of subjects with first acute stroke[J].Stroke,2005,36:80-85.

7 Craig J.Newssam,Lucinda L.baker.Effect of an electric stimulation facilitation program on quadricepsmotor unit recruitmentafter stroke[J].Arch Phys Med Rehabil,2004,85:2040-2045.

8 Sinikka H.Peurala,Ina M.Tarkka,Kauko Pitkanen,et al.The effectiveness of body weight-supported gait training and floor walking in patientswith chronic stroke[J].Arch Phys Med Rehabil,2005,86:1557-1563.

9 Kim CM,Eng JJ.The relationship of lowerextrem itymuscle torque to locomotor performance in people with stroke[J].Phys Ther,2003,83:49-57.

10 Seki K,Tanaka Y,FujiiT,et al.Changeofmedio-lateralCOP shift induced by electrical stimulation in hemiparetic stroke patients[J].Proc VIIth Annual Conference of IFESS,2002,40:391-393.

11 半田康延,関和則.電気刺激療法//小林祥泰,水澤英洋 .神経疾患最新の治療 [M].日本南江堂出版社,2006:313-317.

12 Gracanin F.Functional electrical stimulation in control of motor output and movements[J].Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl,1978,34:355-368.

13 Garrison SJ,Rolak SA.Rehabilitation of the stroke patient[Z].In Rehabilitation Medicine-Principles and Practiced by DeLisa JA et al.Lippincot,USA,1998:801-824.

14 Bogataj U,GrosN,Malezic M,etal.Restoration of gait during two to threeweeks of therapy with multichannel electrical stimulation[J].Phys Ther,1989,69:319-327.

15 Bogataj U,Gros N,Kljajic M,et al.The rehabilitation of gait in patientswith hem iplegia:a comparison between conventional therapy and multichannel functional electricalstimulation therapy[J].Phys Ther,1995,75:490-502.