脑卒中偏瘫患者坐-站转移生物力学分析研究进展

吴雪娇，郑洁皎，夏汶，刘翠鲜，曲冰

1.上海体育学院，上海市200438；2.复旦大学附属华东医院，上海市200040

脑卒中是常见的脑血管疾病，极易导致患者运动功能受损，生活质量下降，对患者、家庭及社会均有影响[1-2]。坐-站转移能力是决定脑卒中偏瘫患者能否独立生活的重要功能基础，很多偏瘫患者存在坐-站转移异常，极易失衡跌倒[3-5]。在偏瘫患者进行坐-站转移时，健足和患足的位置对患者坐-站转移任务表现有重要影响[6]，临床康复人员在评估或训练转移性任务时应考虑患者双足位置[7]。本文从生物力学角度，对脑卒中偏瘫患者坐-站转移的研究进行综述，并介绍近年来坐-站转移康复研究进展。

1 坐-站转移

坐-站转移是重要的转移活动，也被称为“站起”“坐站运动”“坐到站起”等[8]。Roebroeck等[9]将坐-站转移定义为人体从坐位到站立位时，在保持身体平衡的情况下，身体质心从坐位向上转移到站立位的过程。人体如果没有平稳、有效的坐-站转移功能，极易失衡跌倒[5,10]。脑卒中偏瘫患者多存在坐-站转移功能障碍。超过1/3脑卒中患者在坐-站转移过程中会发生跌倒[11]。不同足位对脑卒中偏瘫患者坐-站转移表现有重要影响，对偏瘫患者所存在的坐-站转移功能障碍进行分析与治疗，有利于患者康复进程[12]。

2 坐-站转移的生物力学分析

偏瘫患者在坐-站转移过程中，运用合适的方式站起有利于患者平衡功能的维持以及姿势控制的改善。人体运动生物力学是指运用力学原理和方法研究生物学问题，是描述、分析和评估人类各种运动的一门多学科交叉学科[13]，在康复医学领域主要从人体运动学、动力学和表面肌电的角度进行研究分析。

2.1 动作时相划分

区分坐-站转移时相有一定的复杂性。以前研究多使用摄像机、测力台、表面肌电等设备[14]，根据坐-站转移的运动学参数、反作用力和质心的运动等参数划分时相[5,15]。针对不同的研究目的，坐-站转移可分为4个阶段、3个阶段或2个阶段，并包括一些特征状态。对健康人的坐-站转移时相划分方法可应用于偏瘫患者坐-站转移任务研究[14]。

根据动量、关节角度及角速度的变化，可将坐-站转移分为4个阶段[15-16]。Schenkman等[15]认为，坐-站转移阶段Ⅰ为屈曲动量阶段(flexion momentum phase)，即开始坐-站转移运动到臀部抬离椅座；阶段Ⅱ为动量转移阶段(momentum-transfer phase)，即从臀部抬离椅座到踝关节达到最大背曲角度；阶段Ⅲ为伸展阶段(extension phase)，即踝关节达到最大背屈角度到髋关节停止伸展；阶段Ⅳ为稳定阶段(stabilization phase)，即从髋关节伸展速度为0至坐-站转移所有动作稳定完成。

根据地面反作用力可将坐-站转移分为3个阶段[5,17-18]。Cheng等[5]认为，阶段Ⅰ为准备阶段(preparation phase)，垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,VGRF)变化超过2.5%为开始，至达到最大垂直地面反作用力(maximal vertical ground reaction force,MVGRF)；阶段Ⅱ为上升阶段(rising phase)，MVGRF为此阶段开始的标志，而后VGRF逐渐减少，再继续增加，直到达到人体自身重量；阶段Ⅲ为稳定阶段，即VGRF的摆动幅度低于2.5%。

根据人体运动学参数可将坐-站转移分为2个阶段[19-20]。Khemlani等[19]根据肩关节和髋关节的标记点将坐-站转移时相分为2个阶段和3个特征状态。阶段Ⅰ为伸展前阶段，即动作开始(状态1)至抬离瞬间(状态2)；阶段Ⅱ为伸展阶段，即抬离瞬间至动作结束(状态3)。其中，动作开始定义为肩关节标记点水平速率≥0.1 m/s；动作结束定义为髋关节标记点水平速率≤0.1 m/s。

在坐-站转移过程中，臀部抬离椅座需付出最大努力[21-22]，此刻被称为抬离瞬间(seat-off)，常被看做分析患者坐-站转移的重要特征状态。不同研究对抬离瞬间的定义有所不同[21,23-25]，可能与研究目的不同或使用不同的实验设备等因素有关，但根据力传感器检测臀部对椅座的作用力，可客观记录坐-站转移过程中臀部抬离的力线轨迹，将地面反作用力与椅座受力进行比较，可获得更为精准的动作特征数据。

2.2 运动学分析

运动学是指人体运动过程中，肢体和关节随时间变化所表现出的外在特征与规律。人体运动学的基本力学参量主要包括人体运动位置的改变、对身体姿态和对其变化快慢及时间长短的描述。以往文献多从不同足位条件对脑卒中偏瘫患者坐-站转移任务中身体姿态、坐-站转移时间两方面进行分析。

2.2.1 不同足位对身体姿态的影响

脑卒中偏瘫患者姿势控制能力受损[26]，导致患者在坐-站转移过程中身体姿态异常。姿势控制是指人体在功能性活动中保持直立姿势，抵抗外界干扰，防止跌倒的能力[27-28]。对称性和稳定性是保持正常身体姿态的重要因素[29-30]。

脑卒中偏瘫患者在自然足位、对称足位和健足置后足位下行坐-站转移时，身体姿态均不对称[31-32]。Lecours等[31]发现，偏瘫患者在自然和对称足位(双足对称放置)坐-站转移时，躯干绝对侧屈角度较大，分别为(12.1±6.1)°和(11.0±6.5)°，向健侧偏移。躯干绝对侧屈角度定义为躯干正中线在冠状面的投影与垂直轴之间的角度。Duclos等[33]的研究表明，与健康组相比，偏瘫组在自然足位进行坐-站转移时，躯干在冠状面向健侧倾斜(坐-站转移时相的25%～100%阶段)，骨盆在抬离瞬间后(坐-站转移时相的60%～90%阶段)向健侧偏移。

脑卒中偏瘫患者在自然足位坐-站转移时稳定性较差，易失衡跌倒[33]。一些研究用接触时间(time-to-contact,TtC)衡量人体坐-站转移的稳定性。TtC表示为质心在冠状面到达支撑面边缘的最长时间，即人体在任务中防止跌倒的最长时间，TtC越小，人体稳定性越差[7,34]。Duclos等[33]研究表明，TtC最小值出现于抬离瞬间后50%～70%阶段内，偏瘫患者自然足位坐-站转移时，TtC为(1.68±0.2)s，健康对照组为(2.69±0.3)s，偏瘫患者TtC相对较短，稳定性较差，存在跌倒风险。

脑卒中偏瘫患者患足置后坐-站转移可改善身体姿态的不对称性，有利于降低跌倒风险。患足置后坐-站转移降低躯干向健侧的偏移程度，因为在开始阶段，身体质心的投影首先通过患侧下肢，使患侧下肢承受更多身体重量，躯干向患侧偏移，质心逐步向前上方移动，完成站立，从而改善患者身体姿态的不对称性[31,33]。

2.2.2 坐-站转移时间

坐-站转移时间即人体从坐位站起所用的总时间，是人体主要功能性指标之一[3,35]，可以作为评定运动表现的参考依据，并制定合适的康复方案。坐-站转移时间受足位条件、座位高度、站起速度等因素影响。与健康人相比，脑卒中偏瘫患者完成坐-站转移的时间较长[36]，而不同的足位对脑卒中偏瘫患者坐-站转移时间产生影响[6,37]。

在相同椅座高度条件下，脑卒中偏瘫患者自然足位坐-站转移时间相对较短，改变足位条件会使患者坐-站转移时间延长[38]；与自然足位相比，健康受试者在不对称足位下坐-站转移时间同样延长[37]。Rocha等[39]认为，偏瘫患者在患足置后和健足抬高条件下，坐-站转移时间较长，原因是改变足的位置使患者坐-站转移的施力策略产生变化，患侧下肢在坐-站转移过程中使用程度增加，延长了坐-站转移时间。Camargos等[38]认为，不对称足位坐-站转移是患者在常规状态下使用较少的坐-站转移策略，因而增加了完成任务的复杂程度。虽然脑卒中偏瘫患者以自然速度自然足位站起时间最短，但下肢负重、身体姿势等不对称；以患足置后或健足抬高进行坐-站转移，虽使坐-站转移时间延长，但有利于患者身体姿态、下肢负重的改善[39]。

2.3 动力学分析

动力学是对人体运动进行力学分析，通过对力的研究可以更好理解运动差异产生的原因[13]。在坐-站转移时，双下肢负重能力相差≤30%的脑卒中偏瘫患者有较好的步态表现[29]。双下肢负重的对称性对偏瘫患者身体姿态有重要意义。在脑卒中偏瘫患者坐-站转移任务动力学研究中，常通过下肢负重不对称性或双下肢负重差异等指标反映双下肢负重对称性[21,40]。

不同足位会影响下肢负重能力。脑卒中偏瘫患者在自然足位和对称足位下进行坐-站转移时，下肢负重存在显著不对称性[29,31,41]。下肢负重不对称性(weight-bearing asymmetry)是指双足VGRF比值，健康人为非优势侧与优势侧的比值，偏瘫患者为患侧与健侧的比值；比值为1说明双下肢负重完全对称，比值越接近1说明对称性越好[31-32]。Chou等[29]研究表明，脑卒中偏瘫患者对称足位坐-站转移时，患侧下肢负重为体重的37.9%，健康受试者双下肢负重分别为50.5%和49.5%，偏瘫患者双下肢负重显著不对称。

健足置后坐-站转移会增加偏瘫患者下肢负重不对称性[7]。刘孟等[42]发现，脑卒中患者健足置后行坐-站转移，双下肢平均负重差异为(26.52±8.17)%，患足置后则为(12.30±6.31)%，说明健足置后会导致下肢负重不对称性增加。健足置后与对称足位、患足置后相比，下肢负重不对称性和躯干侧方移动距离均较大[32]。

偏瘫患者患足置后或健足抬高进行坐-站转移，可减少下肢负重不对称性。患足置后一般指患侧足置于健侧足后半足[31]，或患侧踝背屈10°或15°，健侧踝背屈0°[7,39]，不同研究踝关节角度可能相差5°左右，可能与患者踝关节活动度及实验设计、实验设备等因素有关。健足抬高(step)一般指在健侧足下垫适宜高度的台阶[23]。Chen等[12]对18例慢性偏瘫患者(病程约1年)进行两种足位、两种手臂位置的坐-站转移测试，足位分别采用患足置后和健足置后，要求受试者采用手臂放于体侧和Bobath握手两种条件进行坐-站转移，结果表明，对有较高功能水平的偏瘫患者，患足置后可以增强患侧下肢用力，使患侧下肢负重增加，手臂位置几乎没有影响。但Rocha等[39]对脑卒中偏瘫患者健足抬高、患足置后、对称及自然足位坐-站转移进行研究，结果表明，标准椅座高度下，健足抬高更能降低不对称性，即使是病程超过1年的脑卒中偏瘫患者。因此，对于何种足位更能减少脑卒中偏瘫患者双下肢负重的不对称性尚存在争议，有待进一步研究。临床康复人员在评估或训练转移性任务时应充分考虑双足位置。

2.4 肌电研究

表面肌电是一种典型的生物电现象，是非线性、非平稳的信号，其中蕴涵很多与肢体运动相关联的信息[43]。健康受试者进行坐-站转移时，胫骨前肌、比目鱼肌、股四头肌和股后肌群在维持膝关节和踝关节前后方向的稳定方面起重要作用[18]。脑卒中偏瘫患者在坐-站转移时，双侧下肢肌肉的激活强度和肌肉激活时间出现异常，尤其是胫骨前肌、比目鱼肌和股四头肌，患者健侧下肢代偿明显，影响坐-站转移任务表现，增加跌倒风险[44]。

健康人进行坐-站转移时，胫骨前肌先被激活，以保持踝关节稳定，控制小腿运动和身体质心前移[44-45]；继而股四头肌、股后肌群和比目鱼肌先后被激活[18,46]。但脑卒中偏瘫患者的胫骨前肌、股四头肌、股后肌群和比目鱼肌几乎被同步激活，这主要是由于患者患侧下肢伸肌协同运动模式处于优势地位，神经肌肉协调运动出现异常[18]。另外，患者健侧胫骨前肌和股后肌群被提前激活，且具有较大肌肉活动，表现出明显代偿模式[18,47]。偏瘫患者在自然足位、对称足位、患足置后、健足置后四种条件下行坐-站转移时，比目鱼肌均于抬离瞬间之前被激活[38]。健康人的比目鱼肌主要维持踝关节稳定，以及在坐-站转移最后阶段减速身体运动以完成站立姿势。患者与健康人之间的差异，可能与患者痉挛状态和肌肉力量较弱有关[38]。Silva等[47]对脑卒中偏瘫患者与健康受试者进行坐-站转移表面肌电研究，发现患者双侧下肢比目鱼肌激活时间均提前，说明双下肢肌肉活动均存在障碍，可能是患者病灶侧神经系统损伤影响姿势预调整所致。比目鱼肌提前激活可能是偏瘫患者容易跌倒的原因[18]。

不同足位影响患者下肢肌肉活动。脑卒中偏瘫患者在自然足位坐-站转移时，膝关节周围肌肉用力程度存在不同程度不对称性。Brunt等[37]研究表明，当偏瘫患者患足置后坐-站转移时，患侧胫骨前肌活动强度提高29%，股四头肌活动提高34%；患者健足抬高进行坐-站转移时，患侧胫骨前肌和股四头肌活动分别提高51%和41%，表明这两种足位坐-站转移更有利于增强患侧下肢肌肉活动。Camargos等[38]认为，健足置后坐-站转移对患者益处较低，因为此种足位条件不但延迟了患者比目鱼肌的激活，使腘绳肌活性降低，也延长患者坐-站转移时间。

3 康复训练

坐-站转移功能是提高患者移动能力的基础。脑卒中患者如果完全依赖照顾者、康复治疗师或其他辅助人员进行坐-站转移，易导致下肢肌肉萎缩；适当的坐-站转移训练有利于激活下肢肌肉，增强肌力[48]，提高患者动态平衡功能以及下肢负重能力[49]，促进患者功能更大恢复，预防患者跌倒以及患侧肢体失用[50]。脑卒中偏瘫患者具备独立、快速、稳定的坐-站转移能力，对生活质量和功能性移动的满意度提高[51]。

脑卒中患者的康复是一个动态过程[2]，患者坐-站转移功能在发病后0～12周可得到最大恢复，在这个时间窗内进行有效康复干预，对提高患者坐-站转移功能有重要意义[52]。针对坐-站转移功能障碍的脑卒中偏瘫患者，健足抬高坐-站转移训练有利于提高其身体姿态的对称性和平衡功能[53]。Gray等[23]研究表明，强制性使用运动疗法可增强偏瘫患者患侧下肢负重；Farqalit等[54]对两组受试者分别进行患足置后和对称足位坐-站转移训练，4周后，患足置后患者平衡功能和转移功能提高更多。Jung等[55]报道，经皮神经电刺激(transcutaneous electrical stimulation,TENS)可有效降低踝跖屈肌痉挛，TENS治疗后进行坐-站转移训练可显著提高脑卒中患者下肢肌肉力量和平衡能力。Britton等[56]通过对患者进行坐-站转移训练及下肢肌力训练，提高坐-站转移不稳定患者的坐-站转移功能，并使患者每天坐-站转移次数增加至少一倍。

对于患者的坐-站转移康复训练方式，主要通过改变患者坐-站转移时足的位置[38,56]、坐-站转移速度[57]、座椅高度[39,57-58]，下肢肌力训练以及相关辅助器具的应用[2,45,59]等方式进行。但有研究显示，在传统物理治疗基础上，是否增加下肢肌力训练，对脑卒中患者坐-站转移功能没有显著影响[20]。另外，对于不能进行坐-站转移、姿势异常或容易跌倒等不同功能障碍的脑卒中患者，选择何种康复训练方式更能改善患者坐-站转移表现，纠正患者异常运动模式，抑制痉挛，提高坐-站转移功能及运动功能，尚需进一步研究。

4 小结

脑卒中偏瘫患者的坐-站转移功能对日常生活活动具有重要作用。运用人体运动生物力学分析方法对存在坐-站转移功能障碍的偏瘫患者进行评定，通过坐-站转移训练及相关的康复治疗，可加强患侧下肢负重能力，提高患者身体姿态的对称性，提高患者运动功能。虽然目前对脑卒中患者坐-站转移动作分析的研究较多，但研究对象多为病程较长的患者，早期脑卒中患者的坐-站转移功能障碍机制仍需要进一步研究。另外，脑卒中偏瘫患者进行何种坐-站转移功能训练，采用何种训练强度及次数更能改善患者姿势控制能力，预防患者失衡跌倒，目前仍然缺少多中心随机对照研究。

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