腰椎管狭窄症患者步态下脊柱和骨盆运动与腰痛加重的相关性分析

岳剑宁，郭玉娜，刘京杰，王琦，赖光辉，武百山，杨立强，倪家骧

(首都医科大学宣武医院疼痛科，北京 100053)

腰椎管狭窄症(Lumbar spinal stenosis，LSS)患者常以下肢麻木、疼痛和神经源性间歇性跛行为主要症状[1,2]。众所周知，腰椎的前倾或后倾对LSS患者症状加重或减轻有所影响。有研究[3]显示，与坐位相比，当LSS患者处于站立位时，腰椎处于最大伸展状态从而显著增加了硬膜外压力，但其腰椎前倾度则减少了30°。Suda和Nagai等[4,5]进行的步态负荷试验中显示，LSS患者的躯干前倾度有所增加；而另一项研究[6]在步态负荷试验中，则未显示明显变化。因此，LSS患者在步态负荷试验前后的脊柱和骨盆运动情况，目前尚未达成一致。笔者认为，上述研究仅是针对脊柱的整体运动情况进行观察，这可能是导致不同结论的原因所在。若单独观察胸椎和腰椎运动情况，是否有助于进一步了解LSS患者在步态负荷时的脊柱运动特征呢？此外，报道显示有67.6 %的LSS患者存在腰痛(Low back pain，LBP))[7]，Jones等[8]认为可能与小关节、神经根缺血和腰椎前倾度变化等因素有关。由此笔者假设，脊柱和骨盆运动可能对LSS患者步态下的LBP程度造成影响。为此，本研究对29例LSS患者开展了6 min步态负荷试验，其目的在于：(1)观察其步态过程中的躯干、胸椎和腰椎、骨盆等运动情况；(2)记录其试验前后的LBP和下肢痛(Leg pain，LP)变化情况，对其脊柱和骨盆运动与LBP的相关性进行分析。

1 资料与方法

1.1 研究对象

于2015年8月-2016年2月期间，共招募了29例LSS患者(男17例，女12例)，所有患者均出现下肢疼痛和/或麻木，以及间歇性跛行等症状，均经临床表现、体格检查和LSS的磁共振成像评估予以确诊。排除标准：有明显的腰椎不稳或脊柱侧凸，既往有脊柱手术史，脊柱肿瘤，椎体骨折，严重的髋关节和/或膝骨性关节炎，不能独立行走等患者。本研究得到了我院医学伦理委员会的审核批准；所有患者均被告知研究目的和内容，并签署了书面知情同意书。

1.2 研究方法

(1)观察指标：使用MOS 36项简短健康调查表(SF-36)评价LSS患者的的健康状况。SF-36量表由8个项目组成，用于评估与健康相关的生活质量，分数越高表明健康状况越好。采用Oswestry功能障碍指数(ODI)评估与腰痛相关的日常生活活动，分数越低表明健康状况较好。(2)改良6 min步态负荷试验，目的是诱发症状。实施方法：患者沿10 m的人行道，尽可能快地来回行走6 min，遵循“尽可能舒适且快速地行走”的要求完成试验。在测试前和测试后，均观察其LP、LBP水平，以及步态运动学指标。

1.3 疼痛强度评估及分组方法

使用100 mm视觉模拟量表(Visual analogue scale，VAS)测量患者试验前后的LP和LBP强度。患者在100 mm的VAS刻度上标示其疼痛强度，其中0 mm表示“无疼痛”，100 mm表示“可以想象的最严重的疼痛”。LP和LBP加重度=试验后VAS-试验前。若LP加重度≤0 mm，被定义为非变化组(C组)；若LP加重度>0 mm，则参照Bellamy等[9]的标准，将VAS阈值设置为18 mm，并进一步分组：LP和LBP加重组(A组，LBP加重≥18 mm)和仅LP加重组(B组，LBP加重<18 mm)。

1.4 步态分析

采用三维运动分析系统(VICON MX：Vicon MotionSy，牛津，英国)，由16个红外摄像机(100Hz采样)和8个测力板(1000Hz采样；AMTI，Watert.，美国)组成，用于记录LSS患者的步态。为检查步态期间的胸椎和腰椎运动，在患者C7、T1、T12和L1的棘突以及T1、L1的棘突两侧，分别附着了8个标记(如图1)。在试验前，指导患者直视前方并保持5 s，以测量其试验前站立位的相关数据3次。然后，患者以合适的速度在10 m的人行道上赤脚前后行走6 min，共3次。患者初始接触时由测力板检测> 10 N识别，而脚趾离开定义为检测<10 N。

图1 在C7、T1、T12和L1的棘突以及T1、L1的棘突两侧，分别附着了8个标记

1.5 数据提取及加工

测试所得数据采用4阶Butterworth低通滤波器(巴特塞;Vaquita Software，西班牙)进行滤波，截止频率为6 Hz。从生物力学模型输出中提取步态速度、节奏和步长等时空参数，并将步长参数取以身高的百分比进行规范化。使用Vicon Bodybuilder处理软件(ViconMotionSy.)，根据Kuwahara等[10]的研究方案，设计了如下解剖学参考节段：T1、L1和骨盆节段。躯干、胸椎和腰椎倾斜度分别为T1-骨盆段、T1-L1段和L1-骨盆段的运动范围；而骨盆倾斜度为骨盆到整体部分的运动。所有数据均取3次测试的平均值为准，正负值分别表示为前倾度和后倾度。以患者试验前的数据作为参考，计算其步态负荷后的各项增加值=试验后数值-试验前参考值。

1.6 质量控制

29例LSS患者均由同一名检查员进行步态分析。为了评估运动数据的评分者内部可靠性，在研究开展前，以10名健康男性志愿者进行预试验，其平均年龄为(25±3)岁，身高(1.72±0.05)m，体重(63.5±5.1)kg，体重指数(BMI)为(21.4±1.0)kg/m2，经2次接受步态分析后，确认该研究方案可行。

1.6 统计学处理

使用SPSS 23.0软件进行统计分析。利用内相关系数(ICC)分析了测量值之间的一致性。三组间差异采用单因素方差分析、KruskaleWallis非参数检验和卡方检验。使用双因素混合重复测量分析检查试验前后各组时空数据和运动数据的差异，如果存在显著的相互作用，则使用Bonferroni测试评估简单的主要效应。使用Spearman等级相关系数分析步态负荷后腰痛与患者脊柱和骨盆运动的相关性。

2 结果

2.1 试验数据的重复信度分析

经重复信度分析，LSS患者躯干、胸椎、腰椎和骨盆在站立位的最大倾斜度ICC值分别为0.635、0.742、0.838和0.944；SEM值分别为3.0°，2.9°，1.8°和1.4°。结果显示，其试验数据的一致性可靠。

2.2 各组的相关指标比较

基于步态负荷试验前后的LP和LBP的VAS评分变化，将其分组如下：A组8名患者，B组中12名，C组中9名。各组之间在年龄、身高、体重、BMI、性别、步长、SF-36得分和ODI指数方面，以及试验前的LP和LBP疼痛VAS分数方面，均无显著差异(P>0.05,表1 )。但试验后，A组及B组的LP-VAS评分显著高于非改变组(P<0.05)，且A组的LBP-VAS评分显著高于B、C两组(P<0.05)。

表1 三组患者的人口统计学、步长、试验结果和疼痛程度比较

注：#表示与B、C组相比，P<0.05；*表示与C组相比，P<0.05

2.2 时空和运动学参数比较

三组的步态速度、节奏和步长长度均在试验后显著高于试验前，差异有统计学意义(P<0.05)；但各组之间在步态速度、节奏和步长长度上没有显著差异，组效应为P>0.05。在试验前后，躯干和胸椎的倾斜度在组、时间和交互作用上未体现出统计学意义(P>0.05)。三组在试验后的腰椎前倾度均显著大于试验前(P<0.05)，但各组均未见显著差异(P>0.05)；仅在A组中，试验后的骨盆前倾度明显大于试验前(P<0.05)。见表2所示。

表2 步态负荷试验前后的时空和运动学参数

注 ：**表示与试验前相比，P<0.05；各效应值均为P值

A、B两组的LP和LBP加重度均显著高于C组(P<0.001)，且A组的LBP加重度明显高于B组(P<0.05)。A组的骨盆前倾度显著高于B、C两组(P<0.05)。在各组之间未观察到其他增加值的显著差异。见表3。

表3 步态负荷试验后的疼痛、时空和运动学参数增加值

注：*与B组相比，P<0.05;#与C组相比，P<0.05

2.3 相关性分析

表4所示，LSS患者除C组外，试验前站立时的躯干前倾度与LP加重度呈负相关，而步态速度等其他运动值与LP加重度之间无显著相关关系。

步态负荷期间的腰椎前倾度增加值与LBP加重度呈负相关，骨盆前倾度增加值则与LBP加重度之间呈正相关(表4)。在步态速度或其他运动值与DLBP之间没有观察到显著的相关性。

表4 脊柱和骨盆运动与LP和LBP加重的相关性分析

3 讨论

本研究有两项重要结论：第一，步态负荷前后，LSS患者的躯干和胸椎前倾度无明显变化；然而，即使在没有步态负荷后LP加重的LSS患者中，腰椎前倾也会在步态加载后有所增加(如表2)。其次，在LSS患者中，试验后的骨盆前倾度显著增加，且可导致LBP加重。

目前，关于步态负荷前后的躯干倾斜度变化尚未达成共识，在每项研究中分析的脊柱运动情况并不相同[4-6]。正如本文前言中所假设，本研究结果显示，即使在步态负荷后没有LP加重的LSS患者(C组)中，腰椎前倾度也有所增加。此外，躯干或胸椎倾斜度在步态试验后并未有所增加。这些发现表明，LSS可能会在步态中出现异常的腰椎运动。有研究表明，若腰椎前倾度变大，则椎管容积将相应变大，有利于减轻神经根的压迫[3,11]。因此，对LSS患者进行步态负荷试验时，关注腰椎运动对评价步态中脊柱运动状态具有重要意义。

本文依据LBP-VAS评分的加重度，将患者分为LP和LBP加重组(A组)和仅LP加重组(B组)。值得注意的是，较B组而言，虽然A组步态负荷后的LBP程度和LBP加重度均显著增高，但两组在试验前后和其他临床指标方面并无显著性差异(如LP、行走距离、SF-36和ODI方面)。因此，A组患者应是由于步态负荷诱发了LBP所致。本研究的重要发现是，A组患者在步态负荷后的骨盆前倾度有显著增加，但腰前倾度则较小，而相关性分析也证实，骨盆前倾度增加与其LBP加重之间具有显著的正相关关系。我们分析认为，人体在站立时，若骨盆前倾增加，而腰椎前倾度较小，则可引起腰椎前凸也随之增加[12]。较小的前腰椎间盘倾斜和前骨盆倾斜的增加可能导致腰椎前凸增加。Jones等[8]指出， LSS中导致LBP的因素有小关节、神经根缺血和腰椎前倾角增加等方面，若腰椎前凸增加，可导致小关节内的压力增加，从而加重LBP。

在行走过程中，骨盆扮演两个角色：运动和乘客系统。虽然骨盆是运动系统的一部分，是两个下肢之间的移动连接，但它也是乘坐髋关节的乘客单元的底部。因此骨盆在行走中起着重要作用，所以在这一过程中防止骨盆前倾度增加应有必要，有助于减轻LBP。在将来，尚有待于开展对骨盆前倾度进行干预的相关研究，以减轻LSS患者步态中诱发的LBP。