沈新培， 夏清 ，杜玲玲

脑卒中亦称脑血管意外，是发病率和致残率均较高的疾病之一，存活者中约80%的脑卒中偏瘫患者伴有不同程度的肢体、言语、意识等功能障碍[1-2]，其中20%的脑卒中患者步行时出现足下垂现象[3]，严重影响步行能力和生活质量。既往对脑卒中偏瘫患者的研究主要侧重于运动学分析，对下肢协调性的研究鲜有涉及。目前普遍认为，协调性是指在时间和空间上，身体不同部位和关节维持一种动态稳定性的能力[4]。节段间协调平面定律可定量评定不同运动形式下的协调功能[5-18]。因此本研究在节段间协调平面定律的基础上，通过主成分分析来进一步探讨脑卒中偏瘫足下垂患者下肢运动协调模式。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2019年11月～2020年10月在合肥市第二人民医院康复科住院的脑卒中偏瘫足下垂患者15例为观察组，入选标准：符合《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2018》和《中国脑出血诊治指南2019》诊断标准，并经头颅CT或MRI检查证实；单侧发病，均伴有足下垂步态；肌张力评定：偏瘫侧下肢改良AshworthⅠ+级及以下；运动功能恢复评定：偏瘫侧下肢Brunnstrom分期IV期及以上；在无需他人或辅助器具帮助下能独立且安全行走至少10m；受试者均签署知情同意书。排除标准：生命体征不稳定或伴有明显认知障碍，简易精神状态检查量表评分<24分，视听理解障碍，无法配合完成检测；伴有神经系统病变、骨关节功能障碍等其他影响步行能力或致足下垂的疾病，如脑干、小脑病变，关节畸形、骨折、退行性改变等；双侧发病；病历资料不全或依从性差。采用配对设计的方法选取与观察组年龄相近(±5岁)、性别相同及左右侧一致的健康者为对照组进行配对：对照组一与观察组偏瘫侧配对，其中8例左侧，7例右侧；对照组二与观察组非偏瘫侧配对，7例左侧，8例右侧。2组一般资料比较差异无统计学意义，见表1。

表1 2组患者一般资料比较

1.2 方法 以合肥市第二人民医院康复医学科步态实验室为实验场地，采用Codamotion三维动作捕捉系统(Charnwood Dynamics Ltd，英国)，包括4台cx1捕捉器、下肢步态套件、标定枪。运用标定枪标记左右髂前上棘、左右股骨内外侧髁、左右踝内外侧髁以及空间静态点。向受试者详细介绍测试过程及注意事项并予以示范后，嘱受试者以舒适的自然状态，在裸足状态下行走数次。受试者熟悉流程后开始正式采集，每位受试者至少采集6次，并从中选取中间较为稳定的3个步态周期作为实验数据。

1.3 评定标准 ①时空参数：步速、步长、步频、支撑期百分比。②下肢关节运动学参数：髋关节、膝关节、踝关节矢状面的关节活动范围(range of motion，ROM)，最大踝背屈角度、最大踝跖屈角度。③大腿、小腿、足部仰角范围和仰角峰值出现时间：大腿的仰角定义为大腿相对于矢状面中与地面垂直线的倾斜角，当远端定点位于大腿的近端定点之前时为正角。小腿仰角定义为相对于矢状面中与地面垂直线的倾斜角，当远端定点位于小腿的近端定点之前时为正角。足部仰角定义为第五趾骨与足跟连线相对于矢状面中与地面垂直线的倾斜角，当第五趾骨高于足跟标记时，大于90°。把每一个受试者的步态周期时间百分化，并在分析中使用多个步态周期的平均角度[19]。在健康人行走过程中，大腿仰角、小腿仰角和足部仰角轨迹在3D空间中形成一个典型的水滴形步态环图(on origin)并且非常靠近最佳拟合平面[4-7，19-20]。④方差百分比及比值：本文采用主成分分析即PCA(Principal component analysis)，得出具有参考意义的是PC1(pricipal component 1)、PC2、PC3和每个PC代表的方差百分比即PV1(percent variance 1)、PV2和PV3。每个PC的方差百分比表示该PC的方差在全部方差中的比重，方差百分比越大表明该主成分综合原始变量信息的能力越强[21]。在本研究中对照组一、二，观察组偏瘫侧和非偏瘫侧各有一组PC1、PC2、PC3，PV1、PV2、PV3。PV1和PV2可确定仰角共变的最佳拟合平面，PV3是步态环的平面度指数(当PV3=0，出现完全协变平面)。PV1和PV2可分别反映步态环的高度和宽度[22]。

2 结果

2.1 3组运动学参数比较 对照组一与对照组二各项运动学参数比较差异均无统计学意义。观察组偏瘫侧与非偏瘫侧比较，步频、支撑期百分比、髋关节ROM、膝关节ROM、最大踝背屈角度、小腿、足部仰角范围均减小(均P<0.01)，步长、最大踝跖屈角度均增加(均P<0.01)；步速、踝关节ROM、大腿仰角范围差异均无统计学意义。观察组偏瘫侧与对照组一比较，步速减慢、步长减短、步频减小、支撑期百分比延长(均P<0.01)，髋关节ROM、膝关节ROM、踝关节ROM、最大踝背屈角度、大腿、小腿、足部仰角范围均减小(均P<0.01)，最大踝跖屈角度差异无统计学意义。观察组非偏瘫侧与对照组二比较，步速减慢、步长减短(均P<0.01)，髋关节ROM、膝关节ROM、踝关节ROM、最大踝跖屈角度、大腿、小腿、足部仰角范围均减小(均P<0.01)，支撑期百分比延长(P<0.01),步频和最大踝背屈角度差异均无统计学意义。见表2。

表2 3组步行中运动学参数比较

2.2 3组仰角峰值出现时间 观察组偏瘫侧与对照组一比较，大腿仰角峰值出现时间延迟(P<0.01)，观察组偏瘫侧与非偏瘫侧和对照组一其余参数比较以及观察组非偏瘫侧和对照组二比较差异均无统计学意义，见表3。

表3 3组各节段仰角峰值出现时间 %，M(P25，P75)

2.3 3组仰角方差百分比及比值比较 观察组偏瘫侧与非偏瘫侧各参数比较均无统计学意义。观察组偏瘫侧与对照组一比较以及观察组非偏瘫侧与对照组二比较，PV1和PV1/PV2均减小(均P<0.01)，PV2均增大(均P<0.01)，PV3差异均无统计学意义。见表4。

表4 3组仰角方差百分比及比值比较

2.4 三维步态环图 观察组偏瘫侧与非偏瘫侧分别与对照组一、对照组二比较，步态环图偏离正常水滴形态，表现为高度降低、尾部消失、扭曲。观察组偏瘫侧与非偏瘫侧比较，步态环路图高度较低。见图1a～c(分辨率：8050×2057)。

3 讨论

正常步行周期始于一侧足跟着地到该侧足跟再次着地。脑卒中后足下垂表现为在步行周期的摆动相，患肢踝关节无法背屈或背屈缓慢无力。本研究发现脑卒中偏瘫足下垂患者偏瘫侧和非偏瘫侧与对照组比较，支撑期百分比延长。偏瘫侧与非偏瘫侧比较，支撑期百分比缩短。说明足下垂患者在步行中偏瘫侧下肢缺乏足够负重能力，无法很好地支撑体重完成非偏瘫侧摆动迈步。观察组偏瘫侧髋膝踝各关节活动度较对照组一均减小，这可能与偏瘫侧下肢各关节活动受限，控制能力降低，分离运动不充分有关[24]。同时偏瘫侧最大踝背屈角度较对照组一降低，这符合足下垂步态的基本特征[26-30]。脑卒中偏瘫足下垂的主要原因是脑卒中偏瘫足下垂患者在摆动相时因小腿前肌群(胫骨前肌)及外侧肌群(腓骨长短肌)激活不足，出现废用性肌萎缩[25]，同时小腿三头肌长期痉挛[26]，导致足背屈无力、跟腱挛缩，在支撑相前期全脚掌或足尖先着地。在临床治疗过程中可着重加强胫前肌肌力训练，小腿三头肌牵拉训练、踝关节控制训练等以改善患者的足下垂步态[27-30]。

观察组偏瘫侧与对照组一比较，非偏瘫侧与对照组二比较，结果均为步长变短，步频减小，步行速度降低。观察组非偏瘫侧步长小于偏瘫侧，步频大于偏瘫侧。上述结果表明脑卒中偏瘫足下垂患者步行能力下降，偏瘫侧通过非偏瘫侧代偿完成步行。在健康者行走过程中，跖屈肌是向前推进的主要动力[31-32]。由于脑卒中偏瘫足下垂患者偏瘫侧跖屈肌损伤，患者利用非偏瘫侧跖屈肌增加向前的推进力，在偏瘫侧腿摆动期重心进一步向前移动，从而增加了偏瘫侧步长，这与Allen等[33]研究结果一致，即脑卒中偏瘫患者通常依赖于非偏瘫侧代偿改善其步行对称性。

步行是一个复杂的循环过程,它包括许多关节之间的协调运动，步行的协调是通过中枢神经系统控制相关关节的运动，调节关节运动自由度从而实现肢体的协调。我们对脑卒中偏瘫足下垂步态是否遵循节段间协调平面规律进行了检测，通过对实验组偏瘫侧、非偏瘫侧及对照组的各节段仰角进行主成分分析，发现各组PC1和PC2可解释接近95%的原始变量，代表各组数据的基本特征。观察组的偏瘫侧、非偏瘫侧分别与对照组和一对照组比较，发现平面自由度PV3差异没有统计学意义，这证明脑卒中偏瘫足下垂步态符合节段间协调平面定律。观察组偏瘫侧和非偏瘫侧的大腿、小腿及足部仰角范围明显小于对照组一、二，但观察组非偏瘫侧和偏瘫侧的大腿仰角范围没有明显差异，结合偏瘫侧大腿和足部仰角峰值时间较对照组一延迟，考虑与患者在步行中通过非偏瘫侧下肢支撑相延长、增加步频、减小步长的方式对偏瘫侧肢体进行代偿相关，并且偏瘫侧肢体倾向增大屈髋角度、增加步长以弥补偏瘫侧下肢各关节活动范围不同程度的受限对步行能力的影响[33]。Bleyenheuft等[34]研究证明在痉挛性脑卒中患者注射肉毒杆菌毒素2个月后，双下肢仰角明显改善，偏瘫侧节间协调能力提高，非偏瘫侧协调能力趋近正常。这提示在临床治疗中，可通过降低小腿三头肌肌张力增加踝背屈角度，减轻足下垂步态，改善患者双下肢协调能力。

郭忠武等[34]通过主成分分析发现在步行过程中步态关键时间点是足跟接触地面瞬间。脑卒中足下垂患者的仰角轨迹在三维坐标图上偏离典型的形状。在观察组中，偏瘫侧和非偏瘫侧出现步态环路异常，偏离正常的曲线,表现为步态环变矮，高尖尾部消失。观察对照组一和二的三维步态环图，可发现典型水滴形步态环图出现高尖尾部现象，这是因为在足跟着地时，足部和小腿节段仰角几乎同时到达峰值，且大腿节段处于仰角曲线平缓期，随后重心前移，全脚掌着地，足部仰角迅速降至平台期。结合表3，对照组一、二各节段仰角峰值出现时间均集中在足跟着地时，观察组偏瘫侧小腿和足部仰角峰值出现时间不一致，且观察组偏瘫侧大腿仰角峰值与对照组一相比明显延迟，差异有统计学意义。观察组偏瘫侧因踝背屈困难足部仰角在足着地后缺乏迅速下降的过程，而非偏瘫侧因为迈步不充分使得其足部仰角曲线直接进入平台期。上述结果使得图1c中非偏瘫侧与偏瘫侧三维步态环路的尾部出现不同程度的异常，即扭曲，甚至消失等情况，是协调功能异常的关键点，可作为描述足下垂患者下肢协调障碍标志之一。为了更科学的解释观察组三维环图的形状，在主成分分析所得出的结果中可知，PV1和PV2反映了三维步态环路的高度和宽度，PV1/PV2即高宽比可一定程度上体现三维步态环图的形状[22]。Bleyenheuft等[35]认为PV1/PV2的值越大，步态环路就越接近于一条线段。如表4所示，观察组偏瘫侧和非偏瘫侧分别与对照组一、二相比，高宽比均减小，因此在三维步态环图中，观察组偏瘫侧和非偏瘫侧与对照组一和二相比图形较为矮宽，结果与图中三维步态环路显示结果一致。图1c显示观察组偏瘫侧的步态环路偏差较非偏瘫侧更明显，偏瘫侧与非偏瘫侧与对照组一、二相比，PV1减少而PV2增加，差异有统计学意义。主要原因可能与非偏瘫侧下肢的代偿作用相关[33]。以往研究表明PV值的变化提示步态协调发生改变，Martinoa等[23]认为遗传性痉挛性截瘫患者相对于对照组PV1减小，PV2增大，说明其下肢协调功能受损。结合本文结果，在行走状态下，实验组偏瘫侧的PV1减少和PV2增加提示脑卒中偏瘫足下垂患者协调障碍。

注：三维步态环图是将大腿、小腿和足部的仰角绘制成3D空间步态路径，环路形状反映了不同节段之间的相位关系。随着时间的推移，这条路径以逆时针方向前进，足跟接触地面(IC)和足趾离开地面(TO)阶段分别对应于环的顶部和底部[23]。灰色为对照组，蓝色为观察组偏瘫侧，黑色为观察组非偏瘫侧。

综上所述，脑卒中偏瘫足下垂患者在步行中偏瘫侧下肢缺乏足够负重和控制能力，步行能力下降，协调功能受损，依赖非偏瘫侧下肢进行相应代偿协助完成步行。除却3D步态环图的直观体现外，PV值的改变可能是脑卒中偏瘫足下垂患者协调障碍的标志之一。但本研究亦存在不足之处，本研究样本量偏小，未从主成分分析所得数据进一步量化偏瘫侧下肢髋膝踝关节代偿方式，有待后期研究进一步完善。