老年正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性研究

上传时间:2018-03-30 浏览次数:

 
导语

        特发性正常压力脑积水(iNPH)典型三联征:步态障碍、认知障碍、小便障碍,早期识别给予手术治疗可有效逆转病情改善患者生活质量。但因多见于老年人,常与其他老年人常见疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、血管性痴呆等混淆,早期识别及鉴别诊断确实不易。中国微循环学会神经变性病专委会脑积水学组特与《老年医学与保健杂志》联手推出一系列iNPH专题,就iNPH诊断、管理、治疗等详细阐述,希望对各位专家同道有所帮助,也欢迎大家批评指正。

       


老年正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性研究


作者:李勇1,方旭昊2,毛仁玲2,张杰1,段林茹1,曲冰1,郑洁皎1

1.复旦大学附属华东医院康复医学科,上海200040; 2. 复旦大学附属华东医院神经外科,上海200040

文章来源:老年医学与保健 2018年第 24 卷第 1 期


  [摘要] 目的 通过三维运动采集与分析系统对老年正常压力脑积水患者和脑卒中后偏瘫患者步态参数差异性进行研究。方法 选取9 例老年正常压力脑积水患者和8 例脑卒中后偏瘫患者进行三维步态数据采集, 并分析对比2 种步态的差异。结果 相对于脑卒中患者,正常压力脑积水患者表现出更小的步幅(P<0.05)且步态周期总时间、支撑相时间、摆动相时间均减小(P<0.05);运动学参数中髋关节最大伸展角度、最大外展角度以及髋关节矢状面活动范围均减小(P<0.05),正常压力脑积水患者触地瞬间膝关节屈角小于脑卒中患者(P<0.05),而膝关节最大外翻角度、最大外旋角度以及冠状面活动范围均大于脑卒中患者(P<0.05)。动力学参数中脑卒中患者表现出更大的垂直力峰值(P<0.05)和膝关节外翻力矩峰值(P<0.05),而踝关节跖屈力矩峰值、内翻力矩峰值小于正常压力脑积水患者(P<0.05)。结论 正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性主要体现在时空参数,髋、膝关节的运动学参数和踝关节动力学参数。相对于脑卒中患者,正常压力脑积水患者步态异常的双侧性、时空参数的异常以及踝关节力矩的差异可能是其失衡跌倒发生率较高的原因。

[关键词] 正常压力脑积水;脑卒中;三维步态参数差异性

 

Difference of 3-dimensional Gait Parameters between the Elderly Patients with Normal Pressure Hydrocephalus and the Patients with Hemiplegia after Stroke

Li Yong1, Fang Xuhao2, Mao Renling2, Zhang Jie1, Duan Linru1, Qu Bing1, Zheng Jiejiao1*

1. Department of Rehabilitation Medicine; 2. Department of Neurosurgery; Huadong Hospital Affiliated to Fudan University, Shanghai,200040, P. R. China

*Corresponding author:Zheng Jiejiao, E-mail:zjjcss@163.com
 

  [ABSTRACT] Objective  To study the difference in gait parameters between the elderly patients with normal pressure hydrocephalus and the patients with hemiplegia after stroke by 3-dimensional motion analysis system. Methods   3-dimensional gait data of 9 elderly patients with normal pressure hydrocephalus and 8 patients with hemiplegia after stroke were collected and the difference between the 2 gaits was analyzed. Results Compared with the stroke patients, the patients with normal pressure hydrocephalus showed smaller stride ( P<0.05) and decreased total gait cycle time, support phase, swing phase time (P <0.05);the maximal extension angle of the hip joint, the maximum abduction angle and the sagittal ROM of hip reduced significantly(P <0.05); the knee angles of initial contact reduced significantly ( P<0.05) while the maximum abduction angle of knee and the maximum external rotation angle of knee and the frontal ROM of knee increased significantly ( P<0.05); in dynamic parameters,the patients with stroke showed greater vertical force peak ( P<0.05) and the peak value of the abduction of the knee joint(P <0.05); the peak value of the plantar flexion torques and the peak value of the varus torques were significantly lower than those of the elderly patients with normal pressure hydrocephalus (P <0.05). Conclusions  Differences of three-dimensional gait analysis between elderly patients with normal pressure hydrocephalus and patients with hemiplegia after stroke mainly exist in temporalspatial parameters and kinematic parameters of the hip and knee while in kinetic parameters, for patients with stroke, the bilateral gait abnormity, abnormity of temporal-spatial parameters and the difference of ankle joint torque may be the cause for imbalances and high occurrence of fall.

[KEYWORDS] normal pressure hydrocephalus; stroke; 3-dimensional gait parameter difference

 

大脑在人体姿势控制中起主要作用,任何脑部损伤或疾病都会直接影响姿势控制和肢体功能。正常压力脑积水是由多种原因所致的临床综合征,步态异常、认知障碍和尿失禁是其三联征。正常压力脑积水在老年人中发病率较高,且早期不易被发现。相对于脑外伤、脑出血等脑部疾病,老年正常压力脑积水患者的失衡跌倒率较高。步态异常是正常压力脑积水的首发症状,有研究[1] 指出50%以上的脑卒中患者存在不同程度的运动功能障碍,而步态异常也可能是造成2种疾病患者失衡跌倒的重要原因之一。目前对正常压力脑积水患者步态障碍的研究大部分集中在发生机制上,而缺乏对于异常步态影响姿势控制致失衡跌倒的研究,且研究多集中在正常人与患者的步态差异,而缺乏不同疾病患者步态异常的差异性研究。本研究旨在对正常压力脑积水患者以及脑卒中患者进行异常步态的三维定量评价,一方面为正常压力脑积水的发现与诊断提供依据,另一方面比较正常压力脑积水患者与脑卒中患者步态的差异性,进而为其失衡跌倒发生机制提供一定的参考。

 

1 资料与方法

 

1.1 一般资料 选取2017 年1 月—2017 年7 月复旦大学附属华东医院收治的老年正常压力脑积水患者9例(实验组一)以及脑卒中后偏瘫患者8 例(实验组二)。实验组一:男性8 例,女性1 例,年龄60~85岁,平均(70.8±8.3)岁,优势侧均为右侧;实验组二:男性6 例(其中2 例左侧为患侧),女性2 例(其中1 例左侧为患侧),年龄62~71 岁,平均(65.9±3.2)岁。2 组患者年龄、性别等基本资料无统计学差异(P>0.05),具有可比性。

 

1.2 纳入标准 实验组一:(1)患者头颅MRI 显示脑室扩大,且Evans 比率>30%,未进行任何外科手术;(2)能独立行走10 m 以上,且无其他影响步态的神经系统及骨科疾病;(3)患者及家属知情同意。实验组二:(1)符合全国第四届脑血管病会议所设定卒中标准[2],首次发病,病程<30 d,且大脑半球病变;(2)可独立行走10 m 以上,生活自理;(3)近两年无外科手术史;(4)简易精神状态检查(MMSE) >22 分;(5)患者及家属知情同意。

 

1.3 排除标准 (1)血压不稳定或存在明显的高/低血压者;(2)存在全身性疾病者(心、肺、肾、肝等疾病);(3)脑部病变前存在肢体障碍者;(4)存在认知障碍者。

 

1.4 实验方法 利用Qualisys 三维运动采集与分析系统对患者进行步态数据采集。(1)调试实验仪器,记录患者基本信息,同时告知患者动作要求,使其熟练掌握,指导患者更换衣物,着运动紧身背心进行三维步态数据的采集;(2)专业人员为受试者粘贴Marker点,Marker 点粘贴位置为受试者全身的主要骨性标志点以及身体环节跟踪点;(3)Marker 点粘贴完毕后,患者进行适应性训练,适应之后患者以自己最舒适行走姿势裸足沿着采集系统(内含地板平面相同高度的2 块三维测力台)中央8 m 长的步行通道步行,正常摆臂走路,患者步行时连续的2 步落在测力台上即为有效数据;(4)采集患者10 次完整有效的数据,实验数据备份,整理实验仪器,实验结束。

 

1.5 数据采集与分析 实验过程中的运动学数据利用三维红外运动捕捉与分析系统(采样频率100 Hz)采集粘贴于实验受试者骨性标志处的Marker 点的三维坐标得到。动力学数据是利用三维测力台(采样频率1 500 Hz)实时采集地面反作用力,利用相关软件根据标准逆向动力学计算得到。二者同步采集。

 

关节角度定义:身体远端环节相对于近端环节旋转的欧拉角,关节力矩均为关节内力矩。关节角度方向定义:(1)矢状面:髋关节屈为正(伸为负)、膝关节伸为负(屈为正)、踝关节跖屈为负(背屈为正);(2)冠状面:髋关节外展为负(内收为正)、膝关节外翻为负(内翻为正)、踝关节外翻为负(内翻为正)。关节力矩的方向定义:(1)矢状面:髋关节伸为负(屈为正)膝关节伸为正(屈为负)、踝关节背屈为正(跖屈为负);(2)冠状面:髋关节外展为负(内收为正)、膝关节外翻为负(内翻为正)、踝关节外翻为负(内翻为正)。

 

力值用体重(body weight,BW)标准化,力矩用身体质量(body mass,BM)标准化,时间标准化区间即完整步态周期为足跟着地到足跟再次着地。选取的数据为正常压力脑积水患者优势侧以及脑卒中后偏瘫患者患侧。

 

1.6 统计学分析 采用Excel2013 和SPSS21.0 软件进行研究数据的整理与统计学分析,数据进行正态分布检验,符合正态分布的数据以均数±标准差(均χ±s)表示,采用独立样本t 检验;不符合正态分布的数据以[Me(P25,P75)] 表示,采用非参数检验,P<0.05 为差异有统计学意义。

 

2 结果

 

2.1 2组患者步态的时空参数比较  2组患者完整步态周期的时空参数结果显示步幅、步态周期中的支撑相时间和摆动相时间差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。



2.2 2组患者步态的运动学参数比较 2组患者完整步态周期的运动学参数结果显示髋关节最大伸展角度、最大外展角度以及髋关节矢状面活动范围差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。膝关节触地瞬间角度、最大外翻角度、最大外旋角度以及冠状面活动范围差异有统计学意义(P <0.05)。见表3。2 组患者踝关节运动学有差异但无统计学意义。见表4。




 

 

  

2.3 2组患者步态的动力学参数比较 2组患者完整步态周期的动力学参数结果显示步态周期支撑相垂直力峰值、膝关节外翻力矩峰值、踝关节跖屈力矩峰值、踝关节内翻力矩峰值差异有统计学意义(P<0.05)。见表5。

 


 

3 讨论

 

步行是人类最基本的运动功能之一,也是日常生活的重要基础。步态是步行的行为特征,在一定程度上能反应大脑的神经调控以及肌骨系统的状态。而步态分析是利用先进的手段以及力学原理结合解剖、生理等知识对人体步行状态进行分析。三维运动捕捉技术的发展为步态分析提供了更科学的手段。在国外三维步态分析运用于临床运动评价中,进行异常步态的分析、确定康复方案、指导康复、手术方案确定以及规范矫形器的使用[3-5]。步态异常是正常压力脑积水患者的明显特征,但是其异常的原因尚不明确,有研究指出脑脊液的冲击[6] 与额叶功能的异常[7] 可能是其主要原因。有学者对正常压力脑积水患者与正常人步态进行对比[8-9],结果显示患者步幅、步速和步高降低,在本研究中也得到相似的结果。

 

正常压力脑积水与脑卒中后偏瘫患者均有步态异常,但步态异常的机制以及特点存在较大差异。本研究的结果显示正常压力脑积水患者的步态周期支撑相时间以及摆动相时间均减少,这可能与偏瘫患者的健侧代偿机制[10] 有一定关系。脑卒中后偏瘫患者由于健侧肢体的运动功能基本正常可以代偿患侧的一部分功能,而正常压力脑积水患者的步态为双侧异常,步态异常的双侧性可能会增加患者失衡跌倒的发生。本研究结果表明正常压力脑积水患者的步幅减小,同时步速也出现一定程度的减缓,而质心在冠状面的位移实验组一(0.09±0.02)与实验组二(0.10±0.02)相差不大,说明如果在相同步幅、步速的条件下,正常压力脑积水患者可能会表现出更大的质心冠状面位移,即其步态稳定性下降,比偏瘫患者更容易造成失衡跌倒。

 

三维步态分析不仅能描述异常步态的时空参数,还可以获得运动学参数,并且配合三维测力台获得动力学参数。通过对2 种异常步态的运动学数据分析,正常压力脑积水患者与脑卒中后偏瘫患者完整步态周期的髋关节、膝关节活动存在差异。正常压力脑积水患者髋关节矢状面、冠状面活动范围均较小,而偏瘫患者外展角度较大,这与偏瘫患者髋膝功能障碍有密切关系。在步态周期的触地瞬间,偏瘫患者膝关节屈角大于正常压力脑积水患者,而在冠状面正常压力脑积水患者的最大外翻角度大于偏瘫患者,且最大外旋角度也大于偏瘫患者,由于偏瘫患者患侧肌肉痉挛等因素,在完整步态周期中不仅矢状面活动受限,冠状面以及水平面活动也受到一定限制。而在踝关节,正常压力脑积水患者与偏瘫患者并没有显著的差异,但是患者的踝关节力矩却表现出不同。虽然偏瘫患者的垂直力峰值高于正常压力脑积水患者,但是正常压力脑积水患者踝关节的跖屈力矩峰值和内翻力矩峰值均高于偏瘫患者,这可能与正常压力脑积水患者维持身体平衡的踝策略有一定的关系。为了维持身体平衡需要更大的关节力矩,从踝关节力矩的差异性也表现出正常压力脑积水患者的步态稳定性更差,更容易出现跌倒风险。

 

综上所述,正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性主要体现在时空参数,髋、膝关节的运动学参数及踝关节动力学参数,正常压力脑积水患者步态异常的双侧性、时空参数的异常以及踝关节力矩的差异可能是其失衡跌倒发生率较高的原因。鉴于本研究的发现,对于老年正常压力脑积水患者应介入早期的、双侧的康复治疗干预,加强双侧平衡训练以及认知功能训练并及时纠正异常步态,减少跌倒的发生率,最大程度提高运动功能并改善生活质量。


(参考文献详见阅读原文)

 

作者简介:

 


  郑洁皎,主任医师,教授,博士生导师。现任职复旦大学附属华东医院康复医学科科主任;上海市康复治疗质控中心主任;上海市康复医疗服务体系建设专家委员会专家组长;上海市卫生系统康复重要薄弱学科建设学科带头人;上海市静安区康复医联体专家组副主任;国家科技进步奖评审专家;中国康复医学会常务理事;中国康复医学会老年康复专业委员会主任委员;中国康复医学会重症康复专业委员会副主任委员;中国卒中学会脑卒中康复专委会 副主任委员;中国医师协会康复医师分会常务理事;国家卫计委能力建设和继教康复医学专家委员会老年康复学组组长;上海市康复医学会副会长 兼秘书长。

  从事康复医学教学工作30余年。先后主持/参与国家级课题、省部级及其他来源课题研究40余项,其中包括“十二五”国家科技支撑计划、国自然等项目。主编/副主编编卫生部、教育部等康复教材和光盘17部。以第一负责人获得中国康复医学会科技奖一等奖等。多次荣获国务院、上海市残工委的助残先进表彰。