戈含笑，肖红雨，陈雪丹，郭雪园，贾子善，谢惠敏

解放军总医院第一医学中心 康复医学科，北京 100853

脑卒中是我国成年人致死、致残的首位病因[1]。卒中后约20%幸存者会遗留足下垂问题，不仅会打破躯体平衡状态，引起异常步态，也长期影响患者的生存和生活质量[2-4]。提高踝关节运动能力、预防足下垂是重建脑卒中患者独立步行能力和改善异常步态的重要康复目标之一。目前针对踝关节功能障碍的康复治疗多以肌肉力量训练、被动抑制痉挛肌等单一手段为主，对于偏瘫患者不同Brunnstrom分期的康复缺乏针对性的治疗策略，临床治疗效果往往不明确。处于BrunnstromⅣ期的患者运动功能逐渐恢复，共同运动模式被打破，开始出现部分分离运动，可完成踝背伸运动，但是肌肉的主动收缩力和协同运动能力仍然较弱，在整个步行周期中仍存在踝关节背伸角度不足等问题。因此，如何有效提高踝关节主动运动功能，尤其是提高踝关节背伸能力，进一步促进分离运动，是患者急需解决的一个实际问题。随着神经康复技术的不断进步以及智能信息技术的发展，康复治疗技术正向精准化、精细化以及科学化模式发展。运动控制与反馈训练作为一种以改善运动功能为前提，以丰富环境、生物反馈以及任务向导训练为核心的治疗性手段，在脑卒中康复中具有很大的发展空间[5-7]。踝关节背伸动作是踝关节运动控制中的重要组成部分，为深入研究运动控制与反馈训练对脑卒中患者下肢功能障碍的影响，本文以BrunnstromⅣ期患者为研究对象，以踝背伸动作的运动学为切入点，使用多媒体运动控制与反馈系统，对患者踝关节背伸动作进行运动控制与反馈训练干预，同时运用表面肌电(surface electromyography，SEMG)作为主要手段进行评估分析，旨在为卒中后踝关节功能障碍的康复治疗寻找更加有效的手段。

资料与方法

1 研究对象 纳入2018年8月- 2019年8月来我中心进行康复治疗的脑卒中BrunnstromⅣ患者，共20例，其中男性13例，女性7例。采用简单随机分组：所有病例按就诊顺序进行编号，并以随机数字表法分为两组。试验组运用基于多媒体游戏的运动反馈系统进行患侧踝关节的运动控制训练(n=10)；对照组由康复治疗师进行患侧踝关节徒手肌力训练(n=10)。试验组年龄54 ～ 76(63.80±7.24)岁，男性7例，女性3例；对照组年龄51 ～78(60.90±9.36)岁，男性6例，女性4例；两组的性别、年龄、病程差异无统计学意义，见表1。入选标准：1)因中枢神经损伤引起单侧肢体功能运动障碍，根据《中国脑血管病防治指南》诊断标准确诊为脑卒中(脑梗死或脑出血)并经CT或MRI证实，首次发病；2)病程在脑卒中发病后1 ～4个月；3)有踝背伸功能受限；4)下肢Brunnstrom分级达到Ⅳ级：共同运动模式打破，开始出现分离运动，足跟不离地的情况下可做踝背伸运动；5)自愿遵守指定的康复评估和治疗；6)能够理解研究目的，自愿参加本试验并签署知情同意书。排除标准：1)除因中枢神经损伤引起的踝关节运动功能障碍外，仍有其他疾病等原因致使下肢严重畸形；2)关节活动受限或者其他神经或者肌肉骨骼疾病；3)下肢肌张力过高，踝关节被动运动困难或有严重跟腱挛缩；4)肢体有外伤或者未愈合伤口；5)不稳定心绞疼痛、不稳定性高血压、心肌炎、心包炎或者急性系统性疾病；6)严重的认知障碍，不能理解配合。

表1 两组患者一般资料比较Tab. 1 Comparison of characteristic of patients in the two groups

2 康复训练方法 1)试验组：使用运动控制与反馈训练系统进行踝关节背伸运动训练，实验设备为以色列MediTouch system运动控制与反馈系统和3D运动位置速度传感器(3D-tutor)(见图1)。3D-tutor佩戴于踝关节远端用于接收踝关节的运动位移信号，通过蓝牙与计算机的MediTouch system运动反馈系统对接。首次治疗前，向患者讲解并示范指定动作及注意事项，使其理解踝背伸动作的努力程度与治疗系统产生的反馈有关，应鼓励患者努力提高反馈系统内的得分。治疗时患者取坐位，通过主动背伸踝关节来完成系统中的任务；当患者努力使效应肌肉收缩引起关节活动时，3D运动的位置和速度传感器将信号将会反馈到系统中，系统通过相应的参数整合成一定的视觉动态画面反馈给患者，并有画面和声音提醒。游戏结束给出最终得分。治疗每日1次，每次训练20 min，每周5次，连续治疗8周。2)对照组：使用徒手肌力训练，由治疗师指导患者进行踝关节的屈伸运动，采用渐进性抗阻训练方式，运动频率6 ～ 10个/组，间歇30 s，每天训练20 min，每周5次，连续治疗8周。

图1 以色列MediTouch运动控制与反馈系统界面以及3D运动位置速度传感器A： 游戏主页； B： 关节活动度测定； C： 佩戴3D-tutor使用多媒体运动控制与反馈训练系统进行训练； D： 3D运动位置速度传感器Fig. 1 Israel Meditouch motion control and feedback system interfaceA: homepage; B: measurement of joint mobility; C: ankle training with motion control and feedback system； D: 3D-tutor

3 疗效评价 训练前后对两组的踝关节背伸功能进行以下评估：1)关节活动度：使用MediTouch system中的评估系统测定踝背伸主动关节活动度范围，3D运动位置速度传感器沿足跖骨长轴方向绑于足背上作为踝关节的移动臂，嘱患者从中立位开始背伸踝关节至最大角度，3D-tutor接收位置角度的变化，反馈到评估系统上，实时记录踝关节的关节活动度。系统记录数值越大，表明关节活动度越大。2)痉挛程度：使用综合痉挛量表(composite spasticity scale，CSS)评估踝关节小腿三头肌的痉挛程度，其中包括踝跖屈肌群肌张力0 ～8分、跟腱反射0 ～ 4分、踝阵挛0 ～ 4分，合计0 ～ 16分，得分越高，痉挛程度越大。3)肌肉收缩功能：使用表面肌电图测试踝背伸时主动肌最大等长收缩(maximum isometric voluntary contraction，MIVC)时的积分肌电值(integral electromyography，IEMG)来反映胫骨前肌的肌肉收缩功能。2个电极片电极置于胫骨前肌(胫骨外侧胫骨前肌肌腹隆起处最高点)，1个参考电极粘贴在测试电极外侧骨性标志处(见图2)。测试时嘱患者用最大力量做踝关节背伸动作，并保持5 s，共测试3次，每次间隔5 s。测试过程中大声鼓励患者用力，同时记录胫骨前肌的表面肌电图信号，最终取3 s收缩的最大值。4)肌肉协同收缩能力：运用表面肌电测试踝背伸时小腿三头肌与胫骨前肌的肌肉协同收缩能力。电极置于胫骨前肌(胫骨外侧胫骨前肌肌腹隆起处最高点)、腓肠肌外侧(小腿外侧肌肉最丰满处)和腓肠肌内侧(小腿内侧肌肉最丰满处)、比目鱼肌，每块被测试肌肉贴2个电极片，1个参考电极粘贴在测试电极外侧骨性标志处，见图2。嘱患者做最大范围的踝背伸动作，同时记录胫骨前肌、腓肠肌外侧、腓肠肌内侧、比目鱼肌的表面肌电图信号。通过协同收缩率(co-contraction ratio，CCR)反应踝关节运动时肌肉的协同作用，协同收缩率=拮抗肌收缩积分肌电面积/(主动肌积分肌电面积+拮抗肌积分肌电面积)×100%。5)踝关节运动功能：通过测试患者10 s的踝足屈伸运动 (ankle flexion and extension movement，AFEM)来评估踝关节的运动功能，嘱患者以最大关节活动角度在10 s内用最快速度做踝关节屈伸运动，共测试3次，每次休息1 min，最终取最大数值，次数越多表明踝关节的运动功能越好。

4 统计学分析 使用SPSS24.0软件进行统计学分析。计数资料以例数或者率表示，组间比较采用χ2检验。所有计量数据符合正态分布或近似正态分布，以表示，组内比较采用配对样本t检验，组间比较采用独立样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

图2 表面肌电图电极片位置A： 胫骨前肌电极片位置； B： 小腿三头肌电极片位置Fig. 2 Location of surface electromyogram electrodeA: location of tibialis anterior muscle electrode; B:location of triceps crus muscle electrode

结 果

1 训练前后两组踝背伸AROM值比较 20例脑卒中患者均完成了为期8周的踝背伸运动控制与反馈训练或者徒手肌力训练。治疗前，两组踝关节背伸AROM差异无统计学意义(P＞0.05)。干预8周后，与治疗前比较，试验组和对照组的AROM均显著增加(P＜0.05)；试验组与对照组比较，AROM显著增加(P＜0.05)。见表2。

2 训练前后两组小腿三头肌综合痉挛程度比较治疗前两组痉挛得分差异无统计学意义(P＞0.05)。干预8周后，与治疗前比较，试验组的痉挛得分明显下降(P＜0.05)，对照组的痉挛得分无明显改变(P＞0.05)；与对照组比较，试验组的痉挛得分明显降低(P＜0.05)。见表2。

3 训练前后两组胫骨前肌MIVC的IEMG值比较治疗前两组胫骨前肌的IEMG值差异无统计学意义。治疗8周后，与治疗前比较，试验组和对照组的IEMG值均明显增加(P＜0.05)；与对照组比较，试验组的IEMG值无明显增加。见图3，表2。

4 训练前后两组小腿三头肌与胫骨前肌的CCR值比较 治疗前两组肌肉协同收缩率差异无统计学意义(P＞0.05)。治疗8周后，与治疗前比较，试验组和对照组的CCR均显著降低(P＜0.05)；与对照组比较，试验组的CCR明显降低(P＜0.05)。见图4，表2。

图4 踝背伸运动时小腿三头肌与胫骨前肌协同收缩的表面肌电图A：干预前试验组患者； B：干预8周后试验组患者； C：干预前对照组患者； D：干预8周后对照组患者Fig. 4 SEMG of the synergistic contraction of triceps and anterior tibialis during ankle dorsi fl exionA: SEMG of a patient in the test group before intervention; B: SEMG of a patient in the test group after 8 weeks of intervention; C: SEMG of a patient in the control group before intervention; D: SEMG of a patient in the control group after 8 weeks of intervention

图3 一次踝背伸动作的胫骨前肌最大等长收缩的表面肌电图A：干预前试验组患者； B：干预8周后试验组患者； C：干预前对照组患者； D：干预8周后对照组患者Fig. 3 SEMG of maximum isometric contraction of tibialis anterior muscle in an ankle dorsi fl exionA: SEMG of a patient in the test group before intervention; B: SEMG of a patient in the test group after 8 weeks of intervention; C: SEMG of a patient in the control group before intervention; D: SEMG of a patient in the control group after 8 weeks of intervention

5 训练前后两组足踝屈伸能力比较 治疗前两组10 s踝足屈伸次数差异无统计学意义(P＞0.05)。治疗8周后，与治疗前比较，试验组和对照组的10 s踝足屈伸次数均显著降低(P＜0.05)；与对照组比较，试验组10 s踝足屈伸次数显著降低(P＜0.05)。见表 2。

表2 两组患侧踝背伸功能比较Tab. 2 Ankle dorsi fl exion function changes of the two groups

讨 论

踝关节作为人体步行姿势和稳定性的微调枢纽，是下肢运动功能和步行能力恢复的关键要素。脑卒中后患者常存在踝背伸受限的问题，不仅严重影响患者的步态以及步行能力，且存在较大的跌倒风险[8]。卒中后踝背伸的功能障碍是多种因素共同作用的结果，包括了失神经支配所致的肌肉力量减弱和肌肉痉挛，以及制动和废用等原因导致的肌纤维和肌腱物理特性的改变[9-10]。其中，卒中后肌肉力量的减弱和肌肉痉挛主要受到神经可塑性的影响，肌肉力量减弱主要归因于大脑皮质早期恢复阶段的塑性重组，而痉挛是卒中后网状脊髓(RS)为适应不良可塑性，导致神经肌肉过度兴奋的结果[11]。因此如何在大脑恢复过程中选着合适的康复策略改善神经可塑性来增强肌肉力量，同时利用或避免适应不良可塑性来降低网状脊髓的过度兴奋，是促进肢体运动恢复的关键[12]。本研究结果显示，通过8周的运动控制与反馈训练，BrunnstromⅣ患者踝关节背伸功能得到有效提高，患者踝关节主动背伸角度、跖屈肌的痉挛程度、背伸肌的肌肉力量以及踝关节屈伸能力均显著改善，提示运动控制与反馈训练可能是一种改善踝关节背伸功能的有效康复方法。

脑卒中后肌肉力量的减弱被定义为肌力不足而使关节活动能力减弱，同时伴有肌肉做功的减少。肌肉做功减少原因包括了运动单位兴奋能力的减弱、功能性运动单位数量减少、运动单位发放冲动频率减慢等[13]。目前的研究对于什么样的肌力训练可以改善肢体功能活动仍有争议。Winstein等[14]的随机对照实验显示对于急性期脑卒中患者的抗阻训练可显著提高肌力薄弱肌群的力量，在一定程度上改善肢体功能活动。而Bohannon[15]的研究则认为缺乏功能性相关训练的单纯的肌力训练对偏瘫肢体功能的改善无显著性帮助。Morris等[16]通过总结关于脑卒中患者肌力效果的系列研究，指出多数临床实验为肌力训练能明显改善患者的肌肉力量提供了证据，但目前多数研究忽略了肌力训练能否改善患者功能活动包括步行等能力。Lodha等[17]比较了肌肉力量和运动控制对于卒中患者的重要性，指出相对肌肉力量而言，运动控制障碍对卒中患者的行走和驾驶影响更大，针对运动控制的评估和康复措施将有可能是提高卒中患者功能的关键。本研究通过表面肌电图监测踝关节背伸运动过程中胫骨前肌的肌电活动情况，间接量化了胫骨前肌收缩所产生的力量大小。SEMG显示8周的运动控制与反馈训练和徒手肌肉力量训练提高踝背伸时胫骨前肌最大等长收缩力，与对照组比较，试验组踝关节主动运动的关节角度增加显著，提示单纯肌力训练对于卒中患者关节运动能力的增加是有限的，而运动控制训练对提高关节运动能力效果更显著。通过8周的运动控制训练有效降低了小腿三头肌痉挛程度以及踝关节屈伸肌群的协同收缩率，患者踝背伸运动更加协调顺畅；在10 s踝屈伸次数测试中，患者踝关节在10 s内完成的屈伸次数显著增加，踝关节运动速度明显提高，并且运动控制与反馈训练组显著优于徒手肌力训练组。

提高脑卒中患者肢体运动控制能力需要有科学的训练方式，足够训练量和时间的累积，以及集中的注意力和高参与度[18-19]。Burdea等[18]通过一项基于游戏的脑瘫儿童踝关节训练的可行性研究，发现为期12周的干预不同程度改善了患者踝关节力量、步态运动学以及步行速度等指标，并指出实验中的运动控制训练系统在每一次踝关节参与的游戏比赛中都会产生多达400次的重复动作，这个量被认为是诱导神经可塑性所必需的[20]。一个病例系列报道指出使用增强听觉反馈训练方法可以提高偏瘫患者上肢的运动能力[21]。何龙龙等[22]运用计算机运动控制系统对脑卒中患者手功能进行了4周的干预，初步结果显示计算机运动反馈训练可有效促进脑卒中后手部运动功能及日常生活能力的恢复，但需要更多的证据来验证其临床疗效。本次研究使用的多媒体运动控制与反馈训练系统是以游戏任务设定形式(如通过踝关节的背伸来控制开车运动)，模拟了现实社会中的运动模式，并且通过多媒体画面和声音的视听反馈有效刺激患者的视/听觉神经，引起大脑皮层的兴奋，提高患者的参与的积极性和注意力，有效控制康复训练中动作的质量、数量以及时间。这种训练方式可以改善卒中后运动功能的神经可塑性和大脑皮层的重组。神经可塑性是指经过一定时间各种因素和条件作用后引起的神经结构和功能的变化，包括了可变性和可修饰性[23]。其中生物反馈是一种对大脑可塑性的有效刺激形式，对大脑功能重组和代偿起着重要作用[24-25]。利用生物反馈技术控制某一生理活动的过程是一个学习过程。Archer等[4]的研究指出视觉反馈的环境下的运动训练可以提高脑卒中患者的力量控制并改善肢体功能活动。Khumsapsiri等[26]的最新试验发现借助多维度的反馈工具训练可以提高卒中患者的平衡能力和运动功能。在本研究的康复训练过程中，视觉反馈提示了运动的定位(操作认识)，听觉反馈提示了动作的时机，任务完成后实时的运动偏移报告(结果反馈)指导了下一次动作的完成和改善。在多种实时反馈的影响下，患者的动作记忆学习能力得到显著加强。同时，系统模拟的游戏任务可以根据患者的功能情况精准地调整动作完成难易程度，从而保证训练治疗的有效时间和训练量，提高了患者的参与性。

综上所述，运动控制与反馈训练，相对于单纯徒手肌力训练，对改善卒中患者踝背伸功能有更积极的效应。但本次研究仍然存在一定的局限性：1)研究例数少，基于多媒体的运动控制训练是否能取代现有的徒手肌力训练还需更大样本量的试验验证；2)现有的运动器械训练种类多样，缺乏与其他器械训练效果的比较；3)只选用了常规的治疗强度，没有不同运动强度的分组；4)目前只纳入了Brunnstrom Ⅳ期的患者，是否适合其他级别偏瘫患者，尚未知。因此，接下来需进一步深入的分层研究，为临床康复治疗提供更加可靠的临床依据。