脑卒中患者跨越障碍物过程中胫前肌肌电分析
摘抄自：中国科协年会，
脑卒中患者跨越障碍物过程中胫前肌肌电分析马晨鸣，陈娜，宋嵘，李乐
摘要：
目的：探索脑卒中患者在跨越不同高度障碍物时下肢肌肉激活情况。
方法：本研究募集了7名脑卒中患者作为实验组，7名健康老年人作为正常对照组，采用英国Vicon三维运动分析系统和Noraxon公司的无线肌电图机同步采样肌电信号。获得两组受试者跨越10%，20%，0%腿长高度障碍物的运动学数据和肌电数据。
结果：在摇摆期，脑卒中患者相较于正常老年人胫前肌的激活程度更大，并随着跨越高度的增高有显著增大。
结论：跨越障碍物时，脑卒中患者采用了异常的跨越模式，增加了能量消耗，同时摔倒的风险也增加了。
关键词：脑卒中；跨越障碍物；胫前肌；肌电分析
在人的行走过程中，跨越障碍物相较于平地行走需要更大的神经肌肉的激活程度。跨越障碍物是日常生活中一项重要的任务，尤其是对老年人或者患有平衡障碍的人来说[1]。由于脑溢血或者脑缺血而导致的脑卒中疾病，广泛的出现与60岁以后的老年人中。脑卒中患者不能很好的控制自己的肌肉来应对日常生活。随着康复治疗理念的普及和康复治疗技术的发展，脑卒中患者已经能得到很好的治疗，并获得较好的运动功能的改善，但是其对于正常老年人来说，仍然存在着一些不同。本文在此，探究脑卒中患者及其年龄匹配老年人群，在跨越障碍过程中的差别之处。
1方法
1.1研究对象
本试验中，我们募集了7例脑卒中后偏瘫患者。在脑卒中患者中5例为男性，2例为女性。年龄为59.29±12.59岁，身高±6cm，病程大于个月。纳入标准：①以年全国第四届脑血管病学术会议通过的诊断要点为诊断标准，临床诊断为脑梗死或脑出血，并经CT或MRI证实；②首次发病，单侧脑受损；③生命体征稳定④有步行功能障碍，下肢简化Fugl-Meyer运动功能量表评分28分或以下，但是能跨过0%腿长障碍物。
选择与脑卒中组年龄（±岁）、性别、身高相匹配，无脑卒中、膝关节损伤等影响步行功能的病史，身体状况良好的老年人7例（5男2女），年龄61,71±8.6，身高.71±5.22cm，作为正常对照组。两组受试者均签署知情同意书。
1.2实验方法
1.2.1实验设备
采用英国Vicon三维运动检测系统记录运动学参数：6部MX1红外摄像机固定于室内墙上进行动作捕捉，采样频率为Hz，16颗直径25mm的反光球粘贴于受试者的下肢骨性标记点上。使用Noraxon公司的无线肌电图机来同步进行肌电采样，采样频率为0Hz。
1.2.2实验步骤
①受试者进入实验室后，休息5-10min；②将16颗反光小球按照准确的位置要求贴在受试者身体的骨性标注点上；③将2个直径5mm圆形银-氯化银电极片以20mm间隔贴于干净处理后的实验对象胫前肌的肌腹处并连接肌电图机。（偏瘫患者贴于患侧，正常老年人贴于右侧。）④让实验对象以自己最舒服的速度跨越个高度（相对于腿长的10%，20%，0%）的障碍物；⑤实验完成后，休息5-10min。受试者静坐，膝盖充分伸展，脚与小腿成90度绑于测力计上。治疗师鼓励受试者以最大力量做背屈运动，每次5秒，记录次。这就是最大随意收缩（MaximalVoluntaryContraction）。障碍物为架在可调高度杆子上的2cm直径的塑料圆管。脑卒中患侧以其患侧作为先行腿，正常老年人以其右侧作为先行腿。若塑料管被触碰落地，则认为跨越失败，不记录此次数据。每个高度成功记录次。患者在行走和跨越障碍物过程中，由治疗师在距其1m范围随行保护，以防止其跌倒。为避免偏见，在正常老年人行走过程中，同样有治疗师在其周围随行保护。一旦实验对象觉得疲劳，让其休息一段时间，认为自己可以进行实验后，再继续实验。
1.2.数据分析
两组受试者的运动学数据通过Vicon三维运动检测系统自带的软件包进行处理。我们将所测试的那侧腿在障碍物后脚跟着地至脚尖离地时期称为支撑期1；将跨越障碍物过程中脚尖离地至跨过障碍物脚跟着地称为摇摆期；将其跨越障碍后脚跟着地至脚尖离地时期称为支撑期2.肌电信号的分析在Matlab中进行：第一步，截取对应时间段的肌电信号；第二步。将截取的肌电信号通过4阶巴特沃兹带通滤波器，带通频率设置为10Hz-50Hz，这样可以滤去低频的噪声和高频干扰；第三步，使用4阶巴特沃兹陷波滤波器，陷波频率为49Hz-51Hz，滤去工频干扰；第四步，求取滤波后肌电信号的均方根值（RMS），并通过做MVC所得到的肌肉激活最大值对其作归一化计算。
1.统计学分析
采用IBM公司SPSS19.0统计软件进行分析。使用双因素方差分析，第一个因素是跨越障碍物的高度，第二个因素是我们选取的正常老年人和脑卒中老年人。显著性因子设定为0.05。
2结果
表1为两组受试者在跨越三个高度时，胫前肌肌电的均方根值（RMS）占其做最大随意收缩运动（MVC）的百分比值。分别统计了支撑期1，摇摆期和支撑期2的数据。P值为做双因素方差分析时，两个因素分别的影响和共同影响值。（P高为高度影响值，P组为两个不同受试组的影响值，P高×组是共同影响值。）可以看到对于支撑期1和支撑期2，高度因素和不同受试组的影响差异性都不显著，对于摇摆期，高度因素和不同受试组的影响差异性显著（分别是P高=0.，P组=0.）。对于支撑期1，脑卒中组0%肌电百分比（28.92%）大于20%（20.61%）和10%（21.75%），而正常组相近。对于摇摆期，脑卒中组肌电百分比随高度的增加明显，10%高度为4.0%,20%高度为44.2%,0%高度为56.8%，且比例大于正常组10%高度的29.14%，20%高度的0.14%，0%高度的2.65%，并且作配对t检验，P10=0.5，P20=0.01，P0=0.。对于支撑期2，脑卒中组在0%有比较大的肌电值百分比（7.91%），而正常组在0%有比较小的肌电值百分比（20.61%）。
讨论
胫骨前肌是控制踝关节背屈的肌肉，它的激活是发生在脚跟着地时[2]，也可以是发生在脚尖离地之后[]。在行走过程中，在摇摆期胫前肌激活发生背屈，使脚尖上抬，防止触碰障碍物致绊倒；在脚跟着地时，胫前肌需要对抗足跟反向支撑作用所产生的拉力，使行走者的重心在两腿之间平稳过度。
在本文章中，我们对胫前肌的个激活时期进行了一个讨论。第一个时期是支撑期1，即在障碍物前跨越脚足跟着地至脚尖离地的过程。这一过程可以看作是跨越障碍的准备期。可以看到对于脑卒中组，在准备跨越0%障碍时肌电百分比较10%、20%有明显提高。而在正常老年人组中，没有这一体现。0%腿长的障碍物对于脑卒中患者来说确实是一个比较难以完成的任务，在准备阶段存在预备激活胫前肌行为。第二个时期是摇摆期，在这个时期高度影响和受试组别影响差异有显著性。如图1，脑卒中组肌电百分比值随高度增加的趋势明显，且明显大于正常老年人组。这与脑卒中患者的异常步行模式有紧密联系。脑卒中后，由于患侧下肢的运动功能障碍，步行时患侧膝盖屈曲角度不够，足轻度内旋及下垂。开始跨越障碍时，先向健侧转身，将患侧骨盆抬高来提起患侧下肢，以患侧髋关节为轴心，向外侧划一半圆以跨过障碍物[4]，这种异常的模式增加了能量的消耗[5,6]。对于跨越障碍过程中胫前肌来说，它需要激活以控制踝关节背屈，是脚尖抬高。如图1，在0%腿长障碍物跨越时，脑卒中病人的肌电均方根值百分比达到了56.8%，在能量消耗方面大于正常人的肌电百分比（2.65%，P=0.）。20%腿长障碍物跨越时，脑卒中病人的肌电均方根值百分比达到了44.2%，在能量消耗方面大于正常人的肌电百分比（0.14%，P=0.01）。10%腿长障碍物跨越时，两组之间没有显著性差异，可能是任务容易达到，脑卒中患者的异常模式表现得不为明显。脑卒中患者的异常跨越模式导致相对于正常老年人组，胫前肌激活程度更大，消耗了更加多的能量，在跨越时也会表现得更为费力。在康复训练中，治疗师可以针对这一现象，训练脑卒中患者们恢复到正确的行走步态，降低出院后的再次跌倒损伤几率。第三个时期是支撑期2，这一时期是受试者跨越障碍后，脚跟着地至脚尖离地过程。在这一时期内，胫前肌激活使得重心平稳过度到跨越腿上来。从表1中可以看到，脑卒中组在0%高度障碍胫前肌的激活会有一个很大的提高，而正常老年人组会有所减小。可能原因是正常老年人组的腓肠肌（胫前肌的拮抗肌，控制趾屈）激活对这一过程进行补偿，而偏瘫患者的胫前肌和腓肠肌共同收缩，使重心平稳转移到跨越脚。
本研究显示，在摇摆期，脑卒中患者的异常跨越模式使得胫前肌激活程度较正常老年人更大，随之消耗的能量也更多。这会使得在日常行走中，脑卒中患者会有更大的几率被绊倒致损伤，以至于再次入院。在Hahn等人的研究中，他们提出了正常老年人较正常年轻人随跨越的高度，相应下肢肌肉的激活程度更大，这样会导致一个更高的摔倒风险[7]。而他们讨论的是双支撑期时候的肌电情况，并没有考虑摆动期，也没有对脑卒中患者进行探究。
目前，大部分脑卒中患者在经过早期的康复治疗之后，运动功能都会得到一定程度的恢复，但是对于跨越障碍来说，摔倒的几率还是很大的。虽然在康复过程中，脑卒中患者学会了正确的步行方法，但是在实际跨越障碍过程中，仍然会以异常模式跨越，更大程度上激活下肢肌肉，消耗更多的能量，有更大的摔倒几率。在临床上，建议治疗师们可在脑卒中患者恢复一定运动功能后，将跨越障碍作为一项日常训练模式，从而不断改正患者的异常行走模式，增加躯体的稳定性，减少能量消耗，减小摔倒几率。
参考文献
[1]ChouLS，DraganichLF.Steppingoveranobstacleincreasesthemotionsandmomentsofthejointsofthetrailinglimbinyoungadults[J].JournalofBiomechanics.,0(4):1-7.
[2]SabutSK，LenkaPK，KumarRetal.Effectoffunctionalelectricalstimulationontheeffortandwalkingspeed,surfaceelectromyographyactivity,andmetabolicresponsesinstrokesubjects[J].JournalofElectromyographyandKinesiology.,20(6):-.
[]KesarTM，PerumalR，JancoskoAetal.Novelpatternsoffunctionalelectricalstimulationhaveanimmediateeffectondorsiflexormusclefunctionduringgaitforpeoplepoststroke[J].Physicaltherapy.,90(1):55-66.
[4]DeQuervainIA，SimonSR，LeurgansSetal.Gaitpatternintheearlyrecoveryperiodafterstroke[J].TheJournalofboneandjointsurgeryAmericanvolume.,78(10):-.
[5]DetrembleurC，DierickF，StoquartGetal.Energycost,mechanicalwork,andefficiencyofhemipareticwalking[J].Gaitposture.,18(2):47-55.
[6]HoudijkH，terHoeveN，NooijenCetal.Energyexpenditureofstrokepatientsduringposturalcontroltasks[J].Gaitposture.,2():21-26.
[7]HahnME，LeeHJ，ChouLS.Increasedmuscularchallengeinolderadultsduringobstructedgait[J].Gaitposture.5,22(4):56-61.
